[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. 늑대 탈출에 통제된 대전오월드
  2. 오월드 탈출 늑대 밤사이 무수동 치유의숲서 목격…"여전히 숲에 머물러"
  3. [종합] 대전오월드 탈출 늑대 초등학교 인근까지 왔었다… 학교·주민 긴장
  4. 대전동물원 탈출 늑대, 야간수색 전환… 암컷 등 활용 귀소본능 기대
  5. 대전오월드 늑대 탈출…생포에 집중하는 소방과 경찰
  1. 대전동물원 탈출 늑대, 오월드네거리까지 내려왔다 사라져
  2. 퓨마에 이어 늑대까지…탈출 재현된 오월드 '관리부실'
  3. [춘하추동]상식인 듯 아닌 얘기들
  4. 저 연차 지역교사 중도퇴직 증가…충남 전국서 세번째
  5. 충청 유치 가능할까… 정부 "육·해·공군 통합 사관학교 지방 설립"

헤드라인 뉴스


비로 멈춘 대전동물원 늑대 수색… 인간바리케이트는 계속 유지

비로 멈춘 대전동물원 늑대 수색… 인간바리케이트는 계속 유지

예고됐던 비가 내리면서 대전오월드에서 탈출한 늑대에 대한 이틀째 수색 작업이 일부 중단됐다. 간밤에 중단됐던 드론 수색은 9일 날이 밝은 직후 재개됐지만, 비가 내리기 시작하면서 현재는 모두 멈춘 상태다. 다만 관계기관은 포획틀을 설치하고, 인간 바리케이드를 통해 늑대가 다른 구역으로 이동하는 것을 막아선 상태다. 대전시 등에 따르면 이날 오전 7시 제4차 상황판단회의를 거친 뒤 오전 7시 20분부터 주간 드론 수색에 들어갔지만, 오전 10시를 기해 전체 드론 수색을 중단했다. 당국은 당분간 늑대의 귀소 본능에 기대를 걸고 있다...

박수현-나소열 연대, 민주당 충남지사 결선 영향은?
박수현-나소열 연대, 민주당 충남지사 결선 영향은?

더불어민주당 충남도지사 1차 경선에서 탈락한 나소열(전 서천군수) 예비후보가 결선 주자인 박수현(공주·부여·청양 국회의원) 후보를 지지하고 나섰다. 결선에 들어간 박수현 후보와 양승조(전 충남지사) 후보의 지지율이 팽팽한 상황에서 이번 지지 선언이 결선에 큰 영향을 줄 것이라는 분석이 나오는 가운데, 양승조 후보는 박수현·나소열 연대에 대해 "표심 전체에 영향을 줄 정도는 아니다"라며 자신감을 내비쳤다. 박수현 후보와 나소열 후보는 9일 충남도청 프레스센터에서 기자회견을 열고 정책연대 협약을 체결했다. 먼저 나 후보는 "박수현의 성..

대전 계란 한 판 7626원으로 한 달 새 14% 급등... 장 보러 가는 주부들 부담
대전 계란 한 판 7626원으로 한 달 새 14% 급등... 장 보러 가는 주부들 부담

계란 특란 한 판 가격이 7000원을 넘어서면서 대전 밥상 물가 상승을 부추기고 있다. 고병원성 조류인플루엔자가 6개월간 이어져 계란 생산이 감소했기 때문인데, 가격이 급격하게 오르자 장을 보러 가는 주부들의 부담이 커지고 있다. 8일 축산물품질평가원에 따르면 7일 기준 대전 계란 특란 한 판(30개) 평균 소비자 가격은 7626원으로, 한 달 전(6676원)보다 14.2% 급등했다. 당초 6000원 중반대를 유지하던 가격은 3월 22일 6866원으로 상승하기 시작해 3월 24일 7309원으로 7000원대를 돌파했다. 이어 4월 3..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 대전오월드 늑대 탈출…생포에 집중하는 소방과 경찰 대전오월드 늑대 탈출…생포에 집중하는 소방과 경찰

  • 공공기관 2부제 첫 날…자전거 출근 늘고 자동차 출근은 줄고 공공기관 2부제 첫 날…자전거 출근 늘고 자동차 출근은 줄고

  • 늑대 탈출에 통제된 대전오월드 늑대 탈출에 통제된 대전오월드

  • 8일부터 공공기관 2부제·공영주차장 5부제 시행 8일부터 공공기관 2부제·공영주차장 5부제 시행