バーチャル風洞：空気力学と抗力のシミュレーション

バーチャル風洞とは？

風洞は、模型に空気を吹き付けて、空気の動きを見たり測ったりする装置です。バーチャル風洞は同じことをコンピューター上で行います。模擬した気流の中に形状を置き、そのまわりの流れを解きます。これは気流シミュレーション、つまり空気力学シミュレーションであり、計算流体力学（CFD）です。プロの空気力学の仕事と同じ考え方を、ここでは学習と探索に使っています。

流れのシミュレーションソフトとして、VisariaはGPUアクセラレーションと乱流モデリングを備えた本格的な3Dシミュレーションを提供します。空気がどこで加速し、圧力がどこにたまり、流れがどこで剥離し、形状の後ろでどこで渦を巻くかが分かり、変更に応じて反応する様子も見られます。

見られること、操作できること

• 形状のまわりと後ろの流線、流速、圧力。
• 再循環と乱流：流れがどこで剥離して渦を巻くか。
• 確認・変更できる境界条件（動く路面、対称、流れの領域の大きさなど）。
• 既定とカスタムのメッシュサイズ、注目する部分のまわりの入れ子の細かい格子。
• シミュレーションと並んで表示される収束グラフとソルバー情報。流れがいつ落ち着いたか分かります。
• 抗力や揚力などの力の係数。解の収束状況の目安として表示されます。

自分の形状を持ち込む

CADプログラムのSTLファイルを読み込むか、メッシュビルダーで基本形状とブーリアン演算から形を作ります。STLはFusion 360などほとんどのCADツールや3Dプリントソフトの標準的な出力形式なので、すでに作ったモデルをそのまま持ち込めます。自動車やトラックのボディ、モデルロケット、ラジコンカー、自転車用ヘルメットや自転車の部品、ドローンのアーム、翼断面などです。自動車の空気力学シミュレーションは、形状が後流と抗力に与える影響が分かりやすいので、最初のプロジェクトに最適です。Visariaが自動的にジオメトリをボクセル化するので、あとは実行を押すだけです。

そのうえで、自分にとって大事な問いを投げかけましょう。もっと丸いノーズは効果があるか。鈍い後端の後ろで流れはどうなるか。スポイラーは後流をどれだけ変えるか。ジオメトリや風を変えて、次々とバリエーションを数分で比べられます。

抗力を理解する

抗力とは、空気中での運動に逆らう力です。物体のまわりの圧力差と、表面に接した薄い空気の層での摩擦から生じます。流線形にすると、流れが長く表面に沿い、乱れた後流が小さくなって、抗力が減ります。文章で読むことと、形状を滑らかにするにつれて後流が小さくなるのを見ることは別のことで、Visariaが目指しているのはそのような学びです。ラーニングハブには、これらの考え方の短い入門と、調整できるシナリオへのリンクがあります。

どのくらい正確ですか？

Visariaは粗いボクセル格子と、リアルタイム向けに調整されたソルバーを使います。理解とアイデアの素早い比較のために作られており、工学レベルの数値を出すためのものではありません。抗力と揚力の値は参考値で、検証済みの測定値ではなく収束の指標です。そのため、認証や、精度が重要な設計判断には使わないでください。理由を知るためにVisariaを使い、どれだけかを知るには検証済みのツールや本物の風洞を使ってください。

Aeroソルバーは7日間無料トライアルとProバンドルに含まれ、単体でも購入できます。料金をご覧ください。

動作に必要なもの

VisariaはWindowsで動作し、専用グラフィックスカードが必要です。最低でNVIDIA GeForce GTX 1050またはAMD Radeon RX 560、推奨はRTX 2060またはRX 5600 XT以上で、第8世代Intel Core i5（または同等品）と8 GBのメモリが目安です。MacとLinux版は近日公開予定です。お使いのコンピューターで問題なく動くか確かめるには、無料トライアルがいちばん手軽です。