航空宇宙推進機関，発電用ガスタービンなどで用いられるターボ機械を対象として，
様々な流体現象や流体・構造連成問題について研究しています．
研究は，独自に構築している数値解析コードを用いて，手元のパソコンからスパコンにわたる様々な規模で実施しています．
現在，主に以下の視点で研究を進めています．

• 流体・構造連成問題に対する新規的・効率的解析手法の提案
• 単純化した系の高精細な解析による，複雑な流動現象の理解
• 複雑流路・大空間スケール解析による，エンジン・実験装置システム全体の流れの把握

ターボ機械の空力弾性・翼振動 – Aeroelasticity in turbomachinery

高品質な空力弾性解析の実現には，ターボ機械作動中の流れ内に晒された翼振動挙動を忠実に再現することが必要です．特に，フラッターとよばれる自励振動が発生すると翼の破壊につながることから，フラッターは設計時に詳細に検討されなくてはなりません．一般にターボ機械のフラッター解析は，翼構造解析と空力解析を別々に行う分離型解析手法が主流です．しかし，研究開始当初，繊維強化複合材料を使用した軽量な翼や高速巡航用プロペラの作動中における翼振動形態は，構造単体のそれとは異なるため，分離型解析手法では現象を正確に捉えるのが困難なことが示唆されていました．そこで本研究では，流体解析と構造解析を同時に実施して翼振動現象を正確にシミュレーションするための流体・構造連成解析法と，解析結果から振動数・減衰率・振動モードといったパラメータを見通しよく抽出するモード同定手法を組み合わせた，独自の解析手法を提案しました．

提案した手法は理論解（LINSUB）と同等の結果を返すことから，流体中の翼振動が本手法を用いて正確に解析できることが示されました．続いて，実際に試験でフラッターが発生したファンに対して本手法を適用してフラッター発生点の予測を試みました．解析結果は試験での発生位置を的確に再現しますが，試験でフラッターが発生しない回転数でもフラッターが生じる結果となりました．

さらに，製造公差による翼固有振動数のばらつき（ミスチューニング）の影響を検討するために，本フラッター解析手法を拡張し，統計的な振動解析による評価も実施しました．

なお，本研究はIHIと共同で実施しました．

高忠実度流体解析 – High fidelity CFD

ファンフラッターの高精度な予測には，フラッター発生点において　(1)流れ場を正確に予測すること　(2)流れ中の翼振動を正確に解析すること　が必要です．我々がこれまで行ったファンフラッターの解析では，発生領域が試験より過大に予測されるというミスマッチを経験しました．この原因として，ミスマッチが生じている領域の流体解析精度が十分でないことが考えられます．そこで本研究では，ファンブレードのような前縁の鋭い翼について，乱流を高精度に解析するLarge Eddy Simulationを用い，大インシデンスかつ流入速度が音速に近い状態における流れ現象を明らかにすることで，フラッター解析に有益な視点を提供することを目指しています．

装置・要素フルスケール解析 – Full-scale component analysis

翼列風洞などの空力試験装置や実際のエンジンでは，翼列部分のみならず，様々な複雑な流路形状が存在します．そのため，装置全体の流れを把握しながら装置の設計や試験条件の検討を行うためには，各部の詳細な形状を模擬できる流体解析手法が必要です．本研究では，この目的のために，マルチブロック構造格子をパッチワーク的に接続して流れを解析する重合格子法を開発しました．続いて，この手法を，超音速ノズル，翼列，後流板，絞り弁などからなる風洞装置に適用しました．これにより，装置全体の流れ場の様子や，適切な流れ条件の設定指針，計測時の注意点，流路内にみられる音響現象などを包括的に調べることが可能になりました．