空力弾性解析 — CFDベースの解析手法

大きく3つに分けられる。

実務で最もよく使われるのはCFD + モーダル解析だ。構造を固有モード展開で表現し、各モードの一般化座標 $q_i(t)$ の時間発展をCFDの非定常空気力と連成して解く。

ここで $Q_i$ はCFDから計算した一般化空気力だ。MSC Nastran SOL 146（Flutter解析）で構造モードを取得し、そのモード形状をCFDソルバーに渡すワークフローが標準的。

Ansys System Couplingを使えば、Fluent（流体）とAnsys Mechanical（構造）の間でメッシュ変位と面圧力を自動的にマッピングしてくれる。Nastranとの連成ではFluent UDF経由でモーダル座標を受け渡すカスタムワークフローを組むか、専用ツール（例えばMSC FlightLoads, Zona ZAERO）を使う方法がある。

線形フラッター解析のv-g法（velocity-damping method）とp-k法が基本だ。

V-g法: 各速度で調和振動を仮定し、必要な構造減衰 $g$ を求める。$g = 0$ を切る速度がフラッター速度。NastranのSOL 145がこの手法。

p-k法: 時間領域で固有値を求め、減衰率とモード周波数を速度の関数としてプロットする。p-k法の方が物理的に正しい減衰情報を与えるため、サブクリティカル域の減衰推定にも使える。NastranのSOL 145 PKオプション。

CFDの場合は非定常時刻歴をそのまま計算して、応答が減衰するか発散するかを観察する「時間進行法」が最も直接的だ。速度パラメータを段階的に上げて、フラッター境界を特定する。ただし計算コストが高いから、まずは線形理論（DLM: Doublet Lattice Method + Nastran SOL 145/146）でおおよその範囲を絞り、CFDで精緻化するのが効率的な手順だよ。

航空機のフラッター認証では今でもDLMが主力だ。ポテンシャル流れの仮定のもとで非定常空気力を周波数領域で効率的に計算できる。ただし遷音速域では衝撃波の効果を扱えないため、CFDで計算した定常圧力分布でDLMの空気力を補正する「CFD-corrected DLM」が広く使われているよ。