기계·로봇 연구정보센터

세종대학교 응용공기역학 연구실

실험실 정보안내
지도교수	이경태
전공분류	동역학(Dynamics),
주소	서울시 광진구 군자동 98번지 세종대학교 충무관 1011호
전화	02-3408-3285
홈페이지

실험실소개

평균 공기역학코드에 근거한 104 ~106 사이의 저레이놀즈수 영역에서는 일반항공기를 비롯한 모형항공기와 행글라이더, PRV(Remotely Piloted Vehicle), UAV(Unmanned Aerial Vehicle), 그리고 MAV(Micro Aerial Vehicle) 등의 여러 비행체가 각자의 임무수행을 위한 센서를 탑재한 상태에서 비행을 하며 임무수행을 하게 된다.

이러한 저레이놀즈수의 영역에서는 상대적으로 높은 점성효과(Viscous effects) 때문에 낮은 양항비(Lift-to-drag Ratio)와 같은 불리한 공기역학적 특성을 갖는다.

또한 이 영역에서는 층류박리기포(Laminar separation bubble)와 양력의 이력현상(hysteresis), 그리고 동적실속(dynamic stall)과 같은 현상이 발생하여 비행체의 공기역학적 성능에 영향을 미친다. 아울러 일반 유인비행체의 비행영역이 아닌 이와 같은 저레이놀즈수 영역에 대해서는 비행체의 공기역학적 설계에 요구되는 다양한 공기역학적 특성에 대하여 신뢰성을 가지고 사용할 수 있는 공력데이터들이 알려져 있지 않다는 문제점이 있다.

연구분야

*저레이놀즈수 공기역학(Low Reynolds number Aerodynamics)

-평균 공기역학코드에 근거한 104 ~106 사이의 저레이놀즈수 영역에서는 일반항공기를 비롯한 모형항공기와 행글라이더, PRV(Remotely Piloted Vehicle), UAV(Unmanned Aerial Vehicle), 그리고 MAV(Micro Aerial Vehicle) 등의 여러 비행체가 각자의 임무수행을 위한 센서를 탑재한 상태에서 비행을 하며 임무수행을 하게 된다.이러한 저레이놀즈수의 영역에서는 상대적으로 높은 점성효과(Viscous effects) 때문에 낮은 양항비(Lift-to-drag Ratio)와 같은 불리한 공기역학적 특성을 갖는다.또한 이 영역에서는 층류박리기포(Laminar separation bubble)와 양력의 이력현상(hysteresis), 그리고 동적실속(dynamic stall)과 같은 현상이 발생하여 비행체의 공기역학적 성능에 영향을 미친다. 아울러 일반 유인비행체의 비행영역이 아닌 이와 같은 저레이놀즈수 영역에 대해서는 비행체의 공기역학적 설계에 요구되는 다양한 공기역학적 특성에 대하여 신뢰성을 가지고 사용할 수 있는 공력데이터들이 알려져 있지 않다는 문제점이 있다. 저레이놀즈수 영역의 공기역학적 성능을 향상시키는 방안으로, 날개 표면유동의 제어방법(형상변형, 냉각, 가열, 진공, 와류발생기 등)과 자유흐름의 진동수와 날개의 형상을 일치시키는 유연날개(Flexible wing)를 이용하여 비행체 주위의 정상상태(Steady state)와 비정상상태(Unsteady state)의 유동을 수동적 또는 능동적으로 제어한다.다양한 형태의 무인항공기 활용이 급속히 확대되고 있는 현시점에서 이러한 저레이놀즈수 영역의 공력설계에 필요한 응용기술 연구는 매우 중요한 분야로 부각되고 있는 것이다.

*극초음속 공기역학(Hypersonic Aerodynamics)

-최근 정보통신의 발달, 정확한 기상예보의 필요성, 군사목적 등으로 인하여 더 많은 인공위성체가 요구되고 있으며, 이들을 정해진 궤도에 올리거나 대기권에 재돌입하기 위한 로켓 등의 발사체에 대한 수요도 동시에 증가하고 있다. 한국도 이러한 국제적 추세에 대비하기 위하여 발사장 건립 및 3단형 과학로켓 및 유도무기 등의 발사체 개발을 서두르고 있는 상황이다.현재 각국의 설계목표는 재료 및 구조/구조동력학/공기역학을 모두 고려할 수 있는 다분야 최적설계(multidisciplinary design optimization) 기법을 사용하여 발사체 동체구조가 겪게 되는 높은 공력, 관성, 진동하중을 견디고 재진입(re-entry)시의 공력가열(aerodynamic heating)에 의한 높은 열하중(thermal loading) 등에 저항할 수 있으면서 가볍고 경제적이며 여러 번 사용할 수 있는 필라멘트 와인딩된 고온복합재 동체구조를 개발하는 것이다.본 연구는 극초음속 공기역학 영역으로서, 고온 극초음속 공기역학 연구를 통하여 대상 비행체에 작용하는 공기력과 열전달을 예측하여 설계에 필요한 기본 데이터를 제공하고, 더 나아가 초고속 비행에 수반되는 공기역학적 가열현상의 예측신뢰도를 높이기 위한 해석 모델과 수치해석기법에 대하여 연구한다. 이를 토대로 고속 고온 환경 하에서 이를 효과적으로 감내할 수 있는 공기역학적 형상의 제시와 기타 공력가열현상을 감내할 수 있는 몇가지 실용적인 방안의 타당성을 연구한다.

*풍동실험 유동의 가시화(flow visualization) 및 유동측정(flow measurement)

-지금 세계는 WTO 및 OECD체제와 연계한 Green Round에 의거하여 지구환경보호를 위한 무역규제 파고가 국내 산업체의 국제 경쟁력과 경영여건을 압박하고 있다. 세계적으로는 화학연료사용으로 인한 대기오염문제뿐만 아니라 아황산 가스로 인한 지구 황폐화를 가속시켜 그 심각성을 더해가고 있다. 이에 따라 미국을 비롯한 선진국에서는 이미 풍력발전과 같은 대체에너지의 이용이 상용화되고 있다. 우리나라에서도 국제화 시대에 발맞추어 지국 환경보호에 범국가적 차원에서 전략적으로 참여하여 대체에너지 개발 등 활발한 정책개발을 할 때이다. 또한 삶의 질을 향상하기 위한 국가 정책적 일환으로 백령도를 비롯한 많은 도서주민을 위한 전력공급사업은 디젤발전의 유류수송, 유지보수비 과다, 24시간 안정적 전력공급 결여 등의 많은 어려움이 있다. 다행히 천혜의 부존자원인 도서 및 해안의 풍부한 풍력자원으로 이를 최대한 이용할 수 있는 지혜와 기술이 마치 덴마크나 네덜란드처럼 21세기에 있어서 우리들의 삶의 질을 향상시키는데 크게 이바지할 수 있을 것으로 판단된다.풍력발전 System은 대형화할수록 종합 효율이 향상되고 발전단가가 저렴해진다. 따라서 선진 각국에서 System의 대형화추세(750∼1,200kW)로 가고 있다. 그러나 대형화에 따른 문제점, Rotor Blade의 길이의 증가에 따른 무게의 증가, 제작상의 어려움과 저속회전에 의한 기체 역학적 사각영역의 증대, 증속기의 단(Stage)증가로 증속기 효율의 감소와 공기역학적 효율 저하 등의 문제점을 안고 있다. 또한 한국의 바람은 바람의 방향과 질이 일정하지 않기 때문에 이런 잦은 바람의 변화에 적응할 수 있는 한국형 발전용 풍력터빈의 연구개발을 위한 기획조사를 수행한다.

*항공기/인공위성 system integration

-일반적으로 의 저 레이놀즈수 영역에서는 상대적으로 높은 점성효과 때문에 최대양항비가 급격히 감소하는 불리한 공기역학적 특성을 갖는다. 높은 점성효과는 저 레이놀즈수 범위의 경계층 내에서 층류박리기포 등과 같은 여러 가지 복합적인 현상을 발생시킴으로써 비행체의 공기역학적 성능에 심각한 영향을 미치기 때문에 이와 같은 저 레이놀즈수 영역에서의 비행체 형상설계에는 일반항공기의 설계와는 다른 완전히 새로운 공기역학적 개념이 적용되어야만 하는 것이다. MAV 프로펠러 블레이드 익형의 비행영역에 해당하는 저 레이놀즈수 유동장에서 발생하는 여러 가지 공기역학적 현상들에 대해서 연구를 하고, MAV 프로펠러 블레이드에 적용될 2차원 익형 및 3차원 형상을 기존 MAV에 사용된 익형 데이터를 이용하여 경험적이고 통계적인 방법으로 선택하여 이들이 비행하게 될 저 레이놀즈수 영역에서 양력과 항력 등과 같은 공기역학적 특성을 파악하고 그 성능을 예측하는 것이다.

연구성과

김규홍, 이경태, 노오현, 김종암
AUSMPW+ 수치기법 개발 및 분석(AUSMPW+ - Part I)
한국항공우주학회, , Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

김규홍, 이경태, 노오현, 김종암
충격파 영역에서의 AUSM 계열 수치기법의 단조성에 관한 연구
한국항공우주학회, , Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

이기학, 이경태
F-22 Raptor의 설계진화탐구(Ⅰ)
한국항공우주학회, , Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

이기학, 이경태
F-22 Raptor의 설계진화탐구(Ⅱ)
한국항공우주학회, , Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

이기학, 김규홍, 이경태
MAV/UAV 연구개발에서의 저레이놀즈수 공기역학 응용과 연구방향(1)
한국항공우주학회, , Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

이기학, 김규홍, 이경태
MAV/UAV 연구개발에서의 저레이놀즈수 공기역학 응용과 연구방향(2)
한국항공우주학회, , Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

이기학, 이경태
UAV 총론 및 국내 연구개발 방향 및 탐구
한국항공우주학회, , Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

김규홍, 이경태, 노오현, 김종암
반응기체 해석을 위한 음속 정의 및 음속에 따른 해의 정확성 연구( AUSMPW+ - Part II )
한국항공우주학회, , Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

김규홍, 이경태, 노오현, 김종암
충격파에서의 물성치 진동현상에 대한 분석과 해결방법(AUSMPW+ - Part Ⅲ)
한국항공우주학회, , Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0

김규홍, 이경태, 노오현, 김종암
AUSM계열 수치기법의 수치적 불안정성에 대한 분석
한국항공우주학회, , Vol. 0, No. 0, pp. 0~ 0