영상요약
초음속 환경에서 유동은 비행체의 성능과 비행 안정성을 결정짓는 핵심적인 요소로 작용합니다. 대한민국은 누리호 발사 성공과 KF-21 초음속 전투기 개발을 통해 독자적인 비행체 제작 기술을 보유한 국가로 자리매김했으며, 이에 따라 복잡한 공기역학적 현상을 분석하는 연구의 가치는 더욱 높아지고 있습니다. 이상봉 교수 연구팀은 고정밀 시뮬레이션을 활용하여 충격파-난류 경계층 상호작용을 분석하며, 비행체의 안정성을 확보하기 위한 기초 데이터를 마련하고 있습니다.
충격파-난류 경계층 상호작용으로 발생하는 유동의 불안정한 특성을 정확히 예측하는 것은 고속 추진 기관 설계의 성패를 좌우하는 매우 중요한 요소입니다.
연구팀은 고차 정확도의 직접 수치 모사를 도입하여 프린스턴 대학교의 압축 램프 실험 환경을 마하 2.9의 유동 조건에서 완벽하게 재현했습니다. 이를 위해 약 3억 8천만 개의 정밀한 격자를 설계하였으며, KISTI의 누리온 슈퍼컴퓨터 225개 노드를 동원하여 총 720시간에 달하는 대규모 연산을 성공적으로 수행했습니다. 이러한 정밀 해석 과정은 실험만으로는 확인하기 어려운 유동의 미세한 구조와 변화를 수치적으로 증명했다는 점에서 공학적으로 매우 중요한 성과라 할 수 있습니다.
시뮬레이션 분석 결과, 충격파 내부에서 에너지가 두 번에 걸쳐 증폭되는 독특한 물리적 현상이 포착되었습니다. 이는 유동 박리 지점과 재부착 지점에서 발생하며, 특히 '쇼클릿(Shocklet)'이라 불리는 미세 충격파들이 난류 증폭 현상에 깊이 관여하고 있음을 세계 최초로 확인했습니다. KISTI의 슈퍼컴퓨팅 인프라는 이러한 고해상도 데이터를 생성하는 핵심적 기반이 되었으며, 향후 차세대 인프라가 도입되면 더욱 정밀한 물리 메커니즘 규명을 통해 초음속 비행 기술의 한계를 다시 한번 뛰어넘을 것으로 기대됩니다.