Research
항공기에 장착되어 분리 되는 외부 장착물은 항공기와 조종 사의 안전과 직접 관련이 있을 뿐만 아니라 동시에 목표 지점의 정확한 타격이 가능하도록 분리되어야 하기에 분리 궤적을 사전에 예측하는 외부장착물 분리 해석은 필수적이다. 그러나 다물체간 상대 운동에 의한 공력 해석이 복잡하여 예측에 어려움이 존재한다. 일반적으로 외부 장착물 분리 해석방법에는 전산유체역학(CFD)이나 Panel method와 같이 해석적인 방법과 풍동을 이용한 Dynamic drop test 및 CTS(Captive Trajectory System) 시험, 그리고 Carriage loads나 Grid data등의 풍동에서 측정한 데이터를 이용하는 방법들이 있다. 하지만 풍동 시험은 높은 시험 비용과 데이터 측정의 어려움이 많아 최근에는 전산유체역학을 이용한 해석으로 풍동 시험을 대치 하고 있다.
공력탄성학(aeroelasticity)은 유체 유동에 직면한 탄성체에서 발생하는 관성력 (inertial force), 탄성력 (elastic force)과 공기력 (aerodynamic force) 의 상호작용에 대해 다루는 학문이다. 탄성체에 이들 힘들이 상호작용하게 되면 항공 구조물의 대변형 거동을 유발하여 항공기 안전에 매우 밀접하게 직결된 정적 및 동적 불안정을 야기할 수 있으므로, 항공기의 설계 단계에서는 이를 필수적으로 확인하는 과정을 거쳐야만 한다. 널리 알려진 대표적인 공탄성 현상으로 플러터(flutter)와 버펫팅(buffeting) 현상이 있다.
유동의 속도가 음속보다 빠른 초음속 유동에서는 충격파와 팽창파 등의 물리적으로 복잡한 현상이 발생한다. 이러한 현상들은 서로 상호작용하여 또 다른 복잡한 현상을 야기하기 때문에 초음속 유동장의 구조는 물리적으로 매우 복잡하게 나타난다. 이와는 별개로 충격파와 팽창파 부근에서 수치적인 불안정성이 발생하는데 이 역시 초음속 유동해석을 어렵게 만드는 요인이다. 따라서 초음속 영역에서 운용되는 전투기나 미사일등의 성능을 해석하고 설계하기 위해서는 조건에 맞는 수치기법을 선택하여 강건한 해를 얻는 것이 매우 중요하다.
본 연구실에서는 이러한 초음속 영역에서 나타나는 몇 가지 흥미로운 현상에 대해 연구가 진행되고 있다.
안정성 해석은 항공기 설계에 있어 매우 중요한 요소로 항공기의 성능 및 조종, 제어 기술에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 정확한 예측이 이루어지지 않으면 항공기 개발 과정에서 많은 문제를 야기하게 된다. 일반적으로 안정성 해석은 동역학적 특성을 파악하는 것으로 동역학적 특성은 미계수의 예측을 통해 이루어진다. 항공기의 미계수는 크게 정적 미계수와 동적 미계수로 구분할 수 있다. 정적 미계수는 정적 운동변수($\alpha, \beta, \theta$ 등)에 대한 공력계수의 미분치, 동적 미계수는 동적 운동변수($\dot{\alpha}, \dot{\beta}, p$ 등)에 대한 공력계수의 미분치를 나타낸다.
현재 전산유체역학은 항공기 및 우주발사체를 개발하는 과정에서 공력 현상을 해석하는 주요한 방법이다. 기술적으로 비행체가 순항 비행하는 과정에서 정상 유동을 2차 공간정확도를 갖는 수치기법을 이용해서 Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) 방정식을 해석하여 공력 특성을 분석하고 있다. 이러한 영역에서 현재 전산유체역학은 매우 정밀하게 공력 특성을 분석할 수 있으나, 비행체가 고기동하거나 비행체의 기저부와 같이 매우 큰 박리 유동이 발달하는 영역에서 정확도가 상당히 문제가 되고 있다.
