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항공기 원활한 비행 막는 난류의 시작점 예측한다

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항공기 원활한 비행 막는 난류의 시작점 예측한다

2020.09.21 17:15
GIST 지솔근 교수 연구팀
게티이미지뱅크
게티이미지뱅크

자동차와 배, 비행기는 바람의 저항을 받는다. 저항을 받으면 속력이 느려지고 연료의 효율이 떨어진다. 바람도 난류가 생겼다가 안정되게 흐르는 등 변동이 일어나는데, 과학자들은 이를 예측해 바람의 저항을 덜 받게 하는 방법을 연구해왔다. 국내 연구팀이 난류의 시작점을 예측하는 기법을 개발했다.  


광주과학기술원(GIST)은 지솔근 기계공학부 교수와 박동훈 부산대 항공우주공학과 교수팀이 공기나 액체 같은 유체가 매끄럽게 흐르다가 난류로 변하는 ‘유동 천이’ 현상을 예측하는 방법을 개발했다고 21일 밝혔다.


유동 천이 현상은 비행기가 흔들림없이 비행하다가 난기류를 만나는 현상과 같다. 난류 상황에서는 물질의 속도나 압력이 급변하며 다양한 크기의 소용돌이가 발생한다.

 

유동의 층류-난류 천이 과정에 대한 개념도를 나타냈다. GIST 제공
유동의 층류-난류 천이 과정에 대한 개념도를 나타냈다. GIST 제공

연구팀은 천이 현상까지 예측하는 수치해석 기법을 개발했다. 기존의 유동성 예측 이론에 ‘대와류모사’라는 해석기법을 적용했다. 난류 유동은 다양한 크기의 소용돌이가 존재하는데 이 중 운동에너지가 큰 소용돌이를 모델 없이 직접 수치를 해석하는 기법을 대와류모사라 부른다. 


쉽게 말해 난류 속 큰 소용돌이를 직접 계산해 예측의 정확도를 높이는 한편, 기존의 유동성 예측 이론을 사용해 직접 모든 걸 계산하는 것보다 효율을 높였다는 뜻이다. 연구팀은 “수치해석 기법 중에 제일 정확하다고 알려져 있는 직접모사기법 만큼의 정확도를 보장한다”며 “직접모사기법에 대비 계산량이 100배 이상 감소함을 의미한다”고 설명했다.


지 교수는 “초음속 및 극초음속 고속 비행체 개발에 필요한 경계층 천이 예측에 활용될 수 있는 기초연구”라며 “천이 현상을 명확히 규명하는데 기여할 것”이라고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘응용기계공학 전산법’ 지난달 1일 온라인판에 게재됐다. 11월호에 인쇄본으로 게재될 예정이다. 

 

지솔근(왼쪽) 광주과학기술원(GIST) 기계공학부 교수와 박동훈(오른쪽) 부산대 항공우주공학과 교수. GIST 제공
지솔근(왼쪽) 광주과학기술원(GIST) 기계공학부 교수와 박동훈(오른쪽) 부산대 항공우주공학과 교수. GIST 제공


 

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