온도·압력 변화로 나타나는 '초음속 충격파' 비밀 풀다

명노신 경상대 교수팀
항공우주 분야 응용 가능


[ 김태훈 기자 ] 국내 연구진이 초음속 충격파의 특이성을 밝혀냈다.

명노신 경상대 항공우주시스템공학과 교수(사진) 연구팀은 유체역학 분야 미해결 난제였던 초음속 충격파에서 수학적으로 정의할 수 없는 특이성이 나타나는 이유를 규명했다고 15일 발표했다.

충격파는 항공우주비행체나 우주 운석 주변, 태양풍, 은하 성간 가스, 핵폭발 등 급격한 가스 압축으로 나타나는 현상이다. 온도와 압력의 급격한 변화로 순간적으로 기체가 평형에 도달하지 못하는 현상을 정확하게 설명하기 어려워 공학적 응용에 한계가 있었다.

연구팀은 기체입자의 이동과 충돌에 대한 정확도를 동일한 수준으로 처리하면 충격파를 수학적으로 정의할 수 있음을 알아냈다. 기존 선형이론은 기체입자의 이동 등에 대해 일관된 처리를 하지 못해 특이성을 해소하는 데 한계가 있었다. 특이성은 무수히 많은 입자가 서로 영향을 주고받으면서 움직이는 복잡계에서 흔히 볼 수 있는 것으로 기체나 유체의 움직임을 효율적으로 해석하려는 다양한 연구에 기여할 것으로 기대된다.

연구팀은 또 충격파의 온도나 밀도 변화를 정확하게 설명할 수 있는 구성관계식도 유도해 냈다. 이 관계식을 이용해 개발한 다차원 전산해석코드는 100㎞ 이상 높은 고도에서 비행하는 비행체나 기계장치, 진공장치 등의 설계에 응용될 것으로 기대된다. 명 교수는 “이번 연구 성과는 복잡유체의 특이성 해결이나 반도체 장치의 전자수송 특이성 문제 해결 등에 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.

김태훈 기자 taehun@hankyung.com



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