국내 연구진이 유체역학 분야 난제였던 초음속 충격파의 특이성을 수학적으로 규명했다. 특수 환경에서의 기체·유체 흐름을 해석할 수 있어 높은 고도 비행체나 기계·진공장치 설계에 응용될 것으로 보인다.
명노신 경상대 항공우주시스템공학과 교수팀은 충격파 특이성이 규명되지 않던 원인을 파악하고, 충격파 온도와 밀도 변화를 정확하게 설명할 수 있는 구성관계식을 유도했다고 밝혔다.
충격파는 비행체의 비행이나 태양풍, 핵폭발 등 급격한 가스 압축으로 나타나는 현상인데, 온도와 압력의 급격한 변화로 인해 입자 이동을 정확히 설명하기 어려웠다.
연구팀은 기체입자의 이동 항과 충돌 항 정확도를 동일한 수준으로 처리해 충격파를 수학적으로 정의했다. 기존 이론에서는 이동 항과 충돌 항을 근사값으로 처리하면서 정확도를 다르게 처리해 설명에 한계를 보였다.
연구진은 이 같은 유도된 구성관계식을 바탕으로 전산해석코드도 개발했다. 100㎞ 이상 고도에서 비행하는 장치 설계에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
특수한 환경에서의 입자 이동을 설명한 관계식이기 때문에, 연구를 진전시키면 다른 물질에도 응용할 수 있다. 연구팀은 고분자가 포함된 스파게티나 케첩 같은 물질의 유동을 설명하는 고차 구성관계식 수립을 목표로 후속 연구를 수행할 계획이다.
미래창조과학부 중견연구자지원사업 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 유체물리 분야 국제학술지 ‘피직스 오프 플루이드’ 온라인판, 전산물리 분야 국제학술지 ‘저널 오브 컴퓨테이셔널 피직스’ 온라인판, 항공우주 분야 국제학술지 ‘AIAA 저널’에 실렸다.
송준영기자 songjy@etnews.com