システム工学特論 (H13A)

日本大学理工学部

2025年大学院理工学研究科シラバス - 航空宇宙工学専攻

設置情報

科目名	システム工学特論
設置学科	航空宇宙工学専攻	学年	1年
担当者	嶋田　徹	履修期	前期
単位	2	曜日時限	月曜3
校舎	船橋	時間割CD	H13A
クラス
その他	実務経験のある教員による授業科目

概要

学修到達目標	１．固体ロケットの設計の理解: 固体ロケットの構造（グレイン、燃焼室、ノズル等）と設計原理を学び、ミッション要件に応じた仕様を定義する能力を養う。２．CFD技術の適用: 圧縮性流体と混相流の方程式を理解し、固体ロケットの内部流れを手作りCFDコードでシミュレートする。３．シミュレーションの分析と評価: CFDデータを分析し、ロケットの流動特性と性能評価を行う。４．プロジェクト完遂能力: 技術的問題を特定し、改善策を実装してプロジェクトを管理し、成果を発表する。
授業形態及び授業方法	教授法: JAXAや企業で豊富な実務経験を持つ教員が、基礎から応用まで固体ロケットと流体力学を教授。実践: 教員が提供する手作りCFDコードを基に学生が自らCFDコードを扱い、軸対称固体ロケットの設計と性能評価を行う。成果発表: 各自のプロジェクト成果をクラスで発表し、相互フィードバックを通じて学びを深める
準備学習（予習・復習等）の内容・受講のための予備知識	物理学: 流体力学および熱力学の基礎知識。数学: 学部レベルの代数、幾何、微積分。 PC環境: プログラミング可能なPC環境を有すること。

授業計画

第1回	「導入」　コースの目的、教授法、評価基準、及び全体のコース内容を概説する。	【事前学修】シラバスを確認し授業の構成を理解しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める	【事前学習】２時間【事後学習】２時間
第2回	「固体ロケットの基本構造と固体推進薬の燃焼」固体ロケットの主要構造と推進薬の燃焼理論を学び、特にコンポジット推進薬の燃焼メカニズムを理解する。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める	【事前学習】２時間【事後学習】２時間
第3回	「固体ロケット内の流動の特徴と影響」混相流の基本概念と特性無次元数を学び、固体ロケット内の流動特性と設計への影響を理解する。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める	【事前学習】２時間【事後学習】２時間
第4回	「圧縮性流体のCFD数値解析法の基礎（１）」 1次元スカラー波動方程式と非線形バーガーズ方程式を用い、風上スキームによる数値解法を実践する。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める。配布されたプログラムを使って、結果を確認する	【事前学習】２時間【事後学習】２時間
第5回	「圧縮性流体のCFD数値解析法の基礎（２）」 1次元圧縮性流体のEuler方程式を学び、その数値解法を通じて圧縮性流体の解析手法を習得する。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める	【事前学習】２時間【事後学習】２時間
第6回	「1次元衝撃波管シミュレーションのためのプログラム作成と数値安定性の検証」衝撃波管の数値解析プログラムを作成し、波動挙動を解析しながら数値解の精度と安定性を検証する。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める。配布されたプログラムを使って、結果を確認する	【事前学習】２時間【事後学習】２時間
第7回	「定常流解析と数値安定性、軸対称への拡張」定常流の陰解法を習得し、数値安定性を確認。さらに、軸対称問題への技術応用について探求する。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める	【事前学習】２時間【事後学習】２時間
第8回	「中間理解度確認」これまでの内容を振り返り、理解度を確認する。必要に応じて補足説明を行い、今後の学習の指針とする。	【事前学修】ここまでの講義の内容の理解を深め、疑問点を整理しておく。【事後学修】講義内容を復習し理解を深める	【事前学習】２時間【事後学習】２時間
第9回	「固体ロケット内の軸対称平衡混相流の数値解析」「Axisim2DL」を用いて、軸対称固体ロケットの混相流解析を行い、グリッド生成や境界条件の設定を学ぶ。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める。配布されたコードを使って、グリッド生成〜平衡混相流の解析を追体験する	【事前学習】２時間【事後学習】３時間
第10回	「非平衡固気混相流の数学モデル」非平衡固気混相流の数学的表現を学び、数値解析に必要なモデル化の手法を理解する。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める	【事前学習】２時間【事後学習】２時間
第11回	「非平衡固気混相流の数値解析」「Multi-Axisim2DL」を用いて非平衡固気混相流の数値解析を実践し、初期条件・境界条件の設定を行う。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める。配布されたコードを使って、非平衡混相流の解析を追体験する	【事前学習】２時間【事後学習】３時間
第12回	「個人プロジェクトの開始」提示されたテーマから各自が選択し、軸対称固体ロケットの初期設計（グレイン寸法、ノズル形状）を行う。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める	【事前学習】２時間【事後学習】２時間
第13回	「個人プロジェクトの数値解析の実践」設計した固体ロケットの内部流れをシミュレーションし、推力性能を評価する。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める。個人プロジェクトの中間報告に向けて準備を始める	【事前学習】２時間【事後学習】３時間
第14回	「プロジェクト成果報告（口頭発表）」プロジェクトの概要を発表し、クラス内でフィードバックを受ける。	【事前学修】事前配布資料の内容を確認しておく。個人プロジェクトの成果報告（口頭発表）の準備をしておく【事後学修】講義内容を復習し理解を深める。最終報告に向けて準備を進める	【事前学習】４時間【事後学習】3 時間
第15回	「プロジェクト成果報告（報告書提出）」成果をまとめたレポートを提出する。	【事前学修】フィードバックを反映し、最終報告のためのレポートを作成する【事後学修】講義内容を復習し理解を深める	【事前学習】４時間【事後学習】１時間

その他

教科書	特に教科書は用いません。　事前に講義のスライドをGoogle Classroomよりダウンロードできるようにします。手作りのFORTRANプログラムは該当回の後に配布します。講義中は、Visual Studio Codeを用いてプログラムを紹介します。　コンパイル〜実行は、iMac上でgfortranにより行う予定です。
参考資料コメント及び資料（技術論文等）	嶋田徹、大門優、関野展弘『Computational fluid dynamics of multiphase flows in solid rocket motors』 JAXA Special Publication, JAXA-SP-05-035E JAXA 2015年第1版ダウンロード可：　https://jaxa.repo.nii.ac.jp/records/6093
成績評価の方法及び基準	授業計画の第８回に行う「中間理解度確認」と第１４回に行う「プロジェクト成果報告（口頭発表）」と第１５回での「プロジェクト成果報告（報告書提出）」を成績評価の対象とします。また、授業中の受講態度（出席状況など）も「平常点」として評価し、全体の成績に反映します。成績評価は以下の配分で行います： - 「中間理解度確認」：全体の30% - 「プロジェクト成果報告」：全体の40% - 「平常点」：全体の30%
質問への対応	質問は対面でお願いします。講義中の質問大歓迎です。　又、講義後の時間にも受け付けます。それ以外は、オフィスアワーに受け付けます。　また要すれば、教員の日大メール宛で日時調整の上、船橋又は駿河台で対応することも可能です。　メールの件名は「システム工学特論に関して（学生氏名）」とし、本文には「質問内容」と「対面希望日・午前／午後」「希望場所」を必ず含めてください。
研究室又は連絡先	船橋校舎3号館3階337B メールアドレス : shimada.toru24@nihon-u.ac.jp
オフィスアワー	月曜船橋 15:00 ～ 16:00
学生へのメッセージ	この講義では、固体ロケットのシステム設計やCFD解析を実践しながら学びます。理論を知るだけでなく、手作りコードと照らし合わせながらシミュレーションし、試行錯誤を重ねることで理解を深めていきましょう。そして、設計解析プロジェクトの成果を発表し、互いに学び合う場にしたいと思います。難しい部分もあるかもしれませんが、楽しみながら取り組んでください。積極的な挑戦を期待しています！

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