대구 계명대는 기계공학과 김익현 교수 연구팀의 극초음속 경계층 제어에 관한 연구가 항공·우주 분야의 세계적 권위 학회인 미국항공우주학회(AIAA) 저널에 게재됐다고 10일 밝혔다.
연구팀은 극초음속 유동 영역에서 ‘능동 흡입(Active Suction)’의 파라메트릭 효과(최적화)를 수치적으로 분석해 극초음속 비행체의 공기역학적 성능을 개선할 수 있는 핵심 메커니즘을 제시했다.
극초음속 비행체는 음속의 5배 이상으로 비행하는 초고속 비행체로 극한의 공기역학적 조건에 직면한다. 이러한 환경에서는 경계층 천이(유체 흐름 변화) 현상이 비행체 성능에 큰 영향을 미치며 특히 난류 발생으로 인한 불안정성이 필연적으로 발생한다. 연구팀은 표면에서의 기체 능동 흡입 기술이 경계층 내 에너지 분포를 조절해 천이를 지연시키고 이를 통해 비행체의 공기역학적 안정성을 향상시킬 수 있음을 규명했다.
김익현 교수 연구팀은 AIAA 저널에 발표한 논문(극초음속 경계층 천이 지연을 위한 능동 흡입의 파라메트릭 효과에 대한 수치해석적 연구)에서 능동 흡입의 강도, 위치, 각도, 흡입 슬롯(slot)의 개수와 폭 등 다양한 파라미터가 경계층 천이에 미치는 영향을 분석했다. 연구 결과 최적화된 흡입 조건을 적용하면 극초음속 경계층 천이를 효과적으로 지연시킬 수 있으며 이는 비행체의 공기역학적 성능을 크게 향상시키는 것으로 나타났다.
이번 연구는 계명대 충격파 및 기체역학 실험실 소속 디비아 할샤발디니 연구원이 제1저자로 참여했으며 김익현 교수와 인도공과대학 마드라스 캠퍼스 라제시(Rajesh) 교수가 교신저자로 참여하는 국제 공동연구로 진행됐다. 이 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업 지원을 받아 수행됐다.
김익현 교수는 “능동 흡입 파라미터의 최적화를 통해 경계층 천이를 지연시키는 기술은 극초음속 비행체의 공기역학적 성능 향상뿐만 아니라 안정성 증대, 연료 소비 절감 등 공학적 측면에서도 긍정적인 효과를 가져올 것”이라고 말했다.
대구=최일영 기자 mc102@kmib.co.kr
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