계명대학교는 김익현 기계공학과 교수연구팀이 극초음속 유동에서 표면 냉각에 필요한 다공성 매질의 최적화 기술을 개발, 관련 논문을 국제학술지 'Physics of Fluids' 온라인판에 게재됐다고 19일 밝혔다.
극초음속 비행체는 공기역학적 가열로 인해 매우 높은 표면 열 유속에 노출되며 이는 비행체의 임무 수행에 치명적인 영향을 미친다. 극초음속 비행체의 성공적인 임무 수행을 위해서는 극한 환경으로부터 비행체를 보호할 수 있는 표면 냉각 기술이 필수다.
분출냉각은 극한 환경에서 운용되는 극초음속 비행체에 널리 적용되고 있으며, 다공성 매질을 통해 냉각 가스를 경계층 내부로 주입하는 능동 냉각 방식의 일종이다.
연구팀은 극초음속 비행체에 적용되는 분출냉각에 필요한 다공성 매질의 길이·두께·기공률이 표면 열 냉각 효율, 냉각 가스의 소비량, 무게, 제작 비용에 미치는 영향을 다목적 최적화 유전 알고리즘과 전산 유체역학 시뮬레이션을 통합해 분석했다.
김익현 교수는 “이번 연구결과가 유동의 특성과 다공성 매질의 특성을 복합적으로 고려해 극초음속 비행체의 효율적인 분출냉각을 위한 설계 변수들을 최적화하는 프로세스를 제시했다는 점에서 공학적 의미가 있다”면서 “재사용 무인 우주 비행체, 가스 터빈, 액체 로켓 엔진 등 표면 냉각 시스템 개발에도 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편, 한국연구재단의 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구에는 계명대 기계공학과의 호세인자데 석사연구원이 1저자로 참여했다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
