[사이언스칼럼] 항공우주 산업에 활용되는 전산유체역학 시뮬레이션

  • 오피니언
  • 사이언스칼럼

[사이언스칼럼] 항공우주 산업에 활용되는 전산유체역학 시뮬레이션

박상신 한국에너지기술연구원 계산과학연구실 책임연구원

  • 승인 2022-09-22 16:56
  • 신문게재 2022-09-23 18면
  • 임효인 기자임효인 기자
박상신
박상신 한국에너지기술연구원 계산과학연구실 책임연구원
급속히 발전하는 컴퓨터의 성능과 시뮬레이션 기법의 진화를 통해 전산유체역학은 실험의 보조적인 수단을 뛰어넘어 이제는 다양한 산업 현장 및 연구 기관에 없어서는 안 될 중요한 부분으로서 그 입지를 굳건히 다지고 있다. 또한, 컴퓨터 계산속도의 향상과 전산유체역학의 지속적인 성능 개선은 복잡하고 다양한 시뮬레이션 조건을 복합적으로 고려해 물리·화학적 현상들을 예측하는 데 있어 정확도를 높이고 시뮬레이션 시간을 단축시키는데 크게 기여하고 있다. 특히 아음속 (0~ 0.27km/s) 에서 극초음속 (1.7km/s 이상) 까지 매우 넓은 속도영역과 다양한 고도에서의 비행체를 다루는 항공우주 산업은 가혹한 운용환경에서 무결성을 검증하기 위해 융합·공학기술력이 요구되는 매우 복잡한 최첨단 산업중의 하나이다. 이렇듯 항공기·엔진·우주발사체 등 높은 개발 비용과 위험성을 내포하고 있는 매우 정밀한 제품을 개발하기 위해 신뢰도 높은 엔지니어링 데이터가 필수적이다. 또한 성능과 안전성을 검증하기 위한 물리적인 실험은 많은 비용과 위험성이 존재하므로 세계 유수의 기업과 연구 기관에서는 제품의 성능 향상과 기술혁신을 위해 전산유체역학과 같이 효율적이고 정확한 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 신뢰도 높은 엔지니어링 데이터를 저비용으로 확보하고 제품 개발의 검증에 활용하고 있다. 항공우주 산업의 공학기술은 가스터빈 엔진에서의 연소, 회전체의 유체·고체역학, 항공기 외부의 공기역학 등 다양한 물리현상을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 연료 소모의 최소화 하고 가벼우면서도 강하며, 안전하면서도 간편하게 기체를 설계하는 데 적극 활용 되고 있을 뿐만 아니라 최첨단 소재 부분의 복합재를 사용하여 동일 형상에서의 고체역학 및 구조적 안정성을 분석·검토하여 보다 안전한 재료의 최적 선택에도 활용되고 있다.

또한 전산유체역학 기반 컴퓨터 시뮬레이션은 항공기 및 우주발사체의 상세 설계 단계에서 공학자들은 제품의 강성과 형상에 따른 고유 진동수 및 그에 따른 형상의 변형 특성 그리고 중요한 특정 부분의 무게가 초과되어 나타나는 진동 특성을 파악할 수 있으며, 내·외부 충격으로 기인한 동적 변형량 또한 예측 가능하여 항공기 및 우주선이 비행 도중 발생할 수 있는 다양한 문제점들을 사전에 파악해 예방하고 최적화된 상세 설계를 진행 할 수 있다. 이러한 항공우주 산업에서의 전산유체역학 컴퓨터 시뮬레이션의 활용 및 적용 사례는 아래 그림에서 보는 바와 같이 항공우주 분야에서 다루는 모든 속도영역에 대한 정확한 내·외부 열유체 해석, 외부 장착물 분리 특성 해석, 터보기계 해석, 발사체 해석, 로터 및 프로펠러 동적해석, 공력소음 및 고속 압축성 유동 해석, 항공 전자장비 냉각 해석 등을 정확하고 효과적으로 수행하고 있다. 또한 화학반응 모델을 활용한 가스터빈 및 램제트 (Ramjet·마하 2.5~5 사이의 초음속에서 가장 효율적인 제트 기류) 등의 엔진 해석, 소음 및 진동에 의한 형상 변형이 큰 유체/구조의 연성 해석, 엔진 Blade에 열을 통과하는 유동 성능 해석이 수행 되어 지고 있다. 뿐만 아니라 헬리콥터 날개의 구동계와 같이 움직임이 있는 부분의 동적 성능 해석, 속도가 빠른 경량 구조물과 유체의 FSI (Fluid Structure Interactions·유체 및 구조의 상호 연관 해석), 항공기 전자장비 부품의 최적 설계 등등 그 활용 범위는 모든 영역을 아우르고 있다.

clip20220922114259
다양한 항공우주 산업에 활용되는 컴퓨터 시뮬레이션 적용 사례 (출처-태성에스엔이(TSNE), https://www.tsne.co.kr/pc/public/sub2/11-0-0.php)
이렇듯, 항공우주 산업에 최적화된 설계인자 도출에서부터 실제 운용에서 발생 할 수 있는 문제점들의 예측과 사전 예방까지 이 모든 공정에 전산유체역학 기반 컴퓨터 시뮬레이션이 가장 큰 역할을 담당하고 있다. 또한, 전산유체역학 기반 컴퓨터 시뮬레이션은 저비용으로 신속·정확한 엔지니어링 데이터를 확보하고 설계에 반영 할 수 있어 항공우주 산업의 연구개발에 필수적으로 활용되어 그 적용 범위가 극대화되고 있다. 박상신 한국에너지기술연구원 계산과학연구실 책임연구원

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. [독자권익위원 칼럼] 클래리티 법안과 스테이블 코인
  2. 천안종축장이전개발추진위, 민선 9기 출범 맞아 국가산단 성공 완수 '결의'
  3. 대전 경찰직협, 강제 순환인사 반대 "전국 움직임 더 커질 것"
  4. 대전 ‘국가 반도체종합연구소’ 유치 승부수…차세대 반도체 선도 거점 노린다
  5. 중국 광둥성·구이저우성, 문화·관광 협력 기반 확대
  1. 충남도 공무원 사칭 피해, 산하기관까지 번져… 주의 요구
  2. 충남개발공사, 혹서기 현장안점 점검 실시
  3. 충남도, '기후살인 방지 특별 TF' 본격 가동
  4. 아산시, '제66회 아산 성웅 이순신축제' 역대 최고 성공 사전 준비 돌입
  5. 충청서 첫 성적표 받는 與 당권주자들…충청 현안 해결 약속할까

헤드라인 뉴스


대전 ‘국가 반도체종합연구소’ 신설 건의… 반도체 선도 거점 노린다

대전 ‘국가 반도체종합연구소’ 신설 건의… 반도체 선도 거점 노린다

대전시가 30일 차세대 반도체 글로벌 시장을 선도하는 메카로 부상하겠다는 비전을 제시하면서 정부에 '국가 반도체종합연구소' 지역 내 신설을 촉구했다. 과학수도 대전의 최적인 반도체 R&D 역량을 내세워 이재명 정부 반도체 산업 연구개발 거점으로 우뚝 서겠다는 것이다. 대전시의 이 같은 구상은 얼마 전 정부의 '반도체 굴기' 대형 국책사업인 3대 메가 프로젝트에서 배제돼 미래산업 경쟁에서 뒤처지는 것 아니냐는 우려를 불식하고 주도권을 쥐기 위한 승부수로 풀이된다. 중도일보 취재 결과, 이날 오후 대전 유성구 나노종합기술원에서 열린 한..

주말에도 35도 안팎 `찜통더위`… 다음 주 충청권 더 뜨거워진다
주말에도 35도 안팎 '찜통더위'… 다음 주 충청권 더 뜨거워진다

대전·세종·충남에 내려진 폭염특보가 주말에도 이어지면서 낮에는 35도 안팎의 찜통더위가, 밤에는 열대야가 나타나는 곳이 많겠다. 당분간 뚜렷한 비 소식 없이 맑은 날씨가 이어지는 데다 다음 주에는 동쪽에서 뜨겁게 달아오른 바람까지 불면서 충청권의 더위가 한층 심해질 전망이다. 30일 대전지방기상청에 따르면 이날 오전 11시 기준 대전과 세종, 충남 전 지역에 폭염특보가 발효 중이다. 충남 부여·청양·태안과 세종 남부에는 폭염경보가, 대전과 세종 북부를 비롯한 충남 나머지 지역에는 폭염주의보가 내려졌다. 대전과 충남 일부 지역에는 밤..

2026년도 시공능력평가, 대전 1위 계룡건설… 장원토건 전국 순위 큰폭 상승
2026년도 시공능력평가, 대전 1위 계룡건설… 장원토건 전국 순위 큰폭 상승

충청권 향토 건설사인 계룡건설산업(주)이 올해 시공능력평가에서 대전지역 1위를 차지했다. 2위는 (주)금성백조주택, 3위는 파인건설(주)이 이름을 올렸다. 유성구에 본사를 둔 장원토건(주)은 전국 순위가 큰 폭으로 상승하며 지역 건설사 중 가장 눈에 띄는 성장세를 보였다.국토교통부와 대한건설협회는 전국 종합건설업체를 대상으로 공사실적, 재무상태, 기술능력, 신인도 등을 종합평가한 '2026 시공능력평가'를 발표했다.대전에선 계룡건설산업이 시평액 3조 1064억원으로 1위를 차지했다. 계룡건설은 전년보다 1312억 원 증가, 처음으로..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 과태료 부과 무시한 채 불법광고물 부착 과태료 부과 무시한 채 불법광고물 부착

  • 한성숙 총리, ‘충청권을 반도체 성장축으로’ 한성숙 총리, ‘충청권을 반도체 성장축으로’

  • 민선9기 재정혁신 발표하는 허태정 대전시장 민선9기 재정혁신 발표하는 허태정 대전시장

  • ‘더위 조심하세요’ ‘더위 조심하세요’