遷音速バフェット — URANS/DES/LESの選択

バフェットは非定常現象だから、定常RANS解析では当然予測できない。非定常手法の選択肢を比較しよう。

ONERA OAT15A翼型のバフェット問題では、2D URANSでも周波数の予測精度は悪くない。ただし2Dでは剥離の3次元的な構造（セル構造やスパン方向の波数）が再現できないため、バフェット荷重の振幅を過大評価する傾向がある。設計初期のスクリーニングには2D URANSで十分だけど、構造荷重の定量評価には3D解析が必要だ。

大きく変わる。特にバフェット開始条件への影響が顕著だ。

• SA（Spalart-Allmaras）: バフェット開始を遅めに予測（迎角で0.5-1度高め）。バフェット周波数はやや過小評価
• SST $k$-$\omega$: バフェット開始は実験に近い。周波数も良好。ただし振幅はやや過大
• EARSM（Explicit Algebraic RSM）: 非線形渦粘性項により、剥離予測が改善される
• $k$-$\omega$ DDES: 剥離せん断層のKelvin-Helmholtz不安定性を捕捉できるため、振幅予測が最も正確

その通り。ONERAのZDES（Zonal DES）は、壁面近傍のRANS領域と剥離域のLES領域を明示的にゾーン分けする手法で、フランスの航空宇宙機関で精力的に検証されている。バフェット解析では最も信頼性の高い結果を出しているよ。

バフェットの典型的な周波数は $f \approx 60-80$ Hz（翼弦長1m、$M = 0.73$ の場合）。この周期を少なくとも50-100分割する時間刻みが必要だ。

DES/LESの場合は乱流構造の時間スケールに合わせてさらに小さな時間刻みが必要。$\Delta t \cdot U_{\infty} / \Delta x < 1$（CFL条件）を満たすように設定する。

非定常計算の初期過渡を除去するために、最低でも10-20バフェット周期分は計算し、その後の10-20周期分で統計平均を取るのが標準的だ。つまり総計算ステップ数は20-40周期 × 50-100ステップ/周期 = 1000-4000ステップ（URANS）から数万ステップ（DES）のオーダーになる。