[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. 대학 교직원 사칭한 납품 주문 사기 발생… 국립한밭대, 유성서에 고발
  2. [내방] 구연희 세종시교육청 부교육감
  3. 한국장애인문화예술원, 2026년 장애예술 활성화 지원사업 공모 접수 시작
  4. ‘사랑 가득한 김장 나눠요’
  5. 재난위기가정 새출발… 희망브리지 전남 고흥에 첫 '세이프티하우스' 완공
  1. 수능 앞 간절한 기도
  2. [문화 톡] 대전 진잠향교의 기로연(耆老宴) 행사를 찾아서
  3. 대전특수교육수련체험관 마을주민 환영 속 5일 개관… 성북동 방성분교 활용
  4. "함께 땀 흘린 하루, 농촌에 희망을 심다"
  5. [한 장, 두 장 그리고 성장] 책을 읽으며 사람을 잇고 미래를 열다

헤드라인 뉴스


"일본 전쟁유적에서 평화 찾아야죠" 대전 취재 나선 마이니치 기자

"일본 전쟁유적에서 평화 찾아야죠" 대전 취재 나선 마이니치 기자

"일본에서도 태평양전쟁을 겪은 세대가 저물고 있습니다. 80년이 지났고, 전쟁의 참상과 평화를 교육할 수 있는 수단은 이제 전쟁유적뿐이죠. 그래서 보문산 지하호가 일본군 총사령부의 것이었는지 규명하는 게 중요합니다."일본 마이니치 신문의 후쿠오카 시즈야(48) 서울지국장은 5일 대전 중구 보문산에 있는 동굴형 수족관 대전아쿠아리움을 찾아왔다. 그가 이곳을 방문한 것은 올해만 벌써 두 번째로 일제강점기 태평양전쟁의 종결을 앞두고 용산에 있던 일본군 총사령부를 대전에 있는 공원으로 옮길 수 있도록 지하호를 만들었다는 기록이 있는데, 그..

학생·학부모 10명 중 8명 "고교학점제 폐지 또는 축소해야"… 만족도 25% 미만
학생·학부모 10명 중 8명 "고교학점제 폐지 또는 축소해야"… 만족도 25% 미만

올해 고1 학생과 학부모를 대상으로 한 설문조사에서 고교학점제에 대한 만족도가 매우 낮은 것으로 나타났다. 제도 시행 첫 학기를 경험한 응답자 중 10명 중 8명 이상이 '제도를 폐지하거나 축소해야 한다'고 답했으며, 학생들은 진로 탐색보다 대학입시 유불리를 기준으로 과목을 선택하는 것으로 조사됐다. 종로학원은 10월 21일부터 23일까지 고1 학생과 학부모 470명을 대상으로 온라인 설문조사를 실시한 결과, 응답자의 75.5%가 '만족하지 않는다'고 답했다고 6일 밝혔다. 반면 '만족한다'는 응답은 4.3%, '매우 만족한다'는..

대전 갑천생태호수공원, 개장 한달만에 관광명소 급부상
대전 갑천생태호수공원, 개장 한달만에 관광명소 급부상

대전 갑천생태호수공원이 개장 한 달여 만에 누적 방문객 22만 명을 돌파하며 지역 관광명소로 주목받고 있다. 6일 대전시에 따르면 갑천생태호수공원은 9월 말 임시 개장 이후 하루 평균 7000명, 주말에는 최대 2만 명까지 방문하는 추세다. 전체 방문객 중 약 70%가 가족·연인 단위 방문객으로, 주말 나들이, 산책과 사진 촬영, 야간경관 감상의 목적으로 공원을 찾았다. 특히 추석 연휴 기간에는 10일간 12만 명이 방문해 주차장 만차와 진입로 혼잡이 이어졌으며, 연휴 마지막 날에는 1km 이상 차량 정체가 발생할 정도로 시민들의..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 국민의힘 충청권 지역민생 예산정책협의회 국민의힘 충청권 지역민생 예산정책협의회

  • ‘야생동물 주의해 주세요’ ‘야생동물 주의해 주세요’

  • 모습 드러낸 대전 ‘힐링쉼터 시민애뜰’ 모습 드러낸 대전 ‘힐링쉼터 시민애뜰’

  • 돌아온 산불조심기간 돌아온 산불조심기간