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서울대학교 극초음속연구실 로고

Hypersonic & Rarefied Flow Lab.

전자기 유체역학 유동해석 Home > 연구주제 > 전자기 유체역학 유동해석

1. Magnetohydrodynamics(전자기 유체역학) 유동 해석

전자기유체역학(Magnetohydrodynamics)은 전자기장(elecrtromagnetic field)내에서 전기적으로 유전된 유체의 운동을 연구하는 학문이다. 전자기 유체역학은 1960년대 이후 학문적 진보가 이루어지고 있으며, 현재 매우 다양한 영역에 응용, 적용되고 있다. 순수자연과학 분야인 천체물리학의 경우 플라즈마(Plasma) 상태인 우주의 복잡한 물리현상을 이해하는데 필수적인 학문으로 인식되어 연구되고 있으며, 공학적인 측면에서도 항공우주, 해양, 통신, 전력, 원자력 분야 등에 핵심적인 학문 및 기술로 이용되고 있다. 특히, 항공우주분야에서는 우주추진장치, 유동제어, 극초음속(Hypersonic) 비행체 연구에 적용될 수 있다. 본 연구실에서는 전자기유체역학 방정식을 최신의 수치기법을 이용하여 모사하는 방법을 개발, 연구 중에 있다. 전자기 유체역학 방정식은 일반적으로 우리가 압축성 유동을 해석할 때 이용하는 Navier-Stokes 방정식을 기반으로 하고 19세기 Maxwell의 전자기장 통일장 이론인 Maxwell 방정식이 결합되어진 방정식으로 구성되어 있다. 특히, 유체의 온도가 수만도에 이르는 플라즈마 상태를 대상으로 하기 때문에 전자기력(Lorentz 힘), Joule 가열, 복사, 난류, 화학반응 등의 복잡한 현상이 융합된 유동현상을 연구하게 된다. 본 연구실에서는 전자기 유체역학이 지배하는 플라즈마 유동현상을 이해하고 해석할 수 있는 기술을 개발하고 있으며, 이를 바탕으로 우주 추진장치, 유동제어, 극초음속 비행체 해석 등에 적용하는 연구를 진행 중에 있다.
2. Electric Propulsion

21세기에 접어들며 이제 우주는 막연한 동경의 대상이 아닌 우리가 실제로 생활하고 이용할 수 있는 공간으로 인식이 변화되고 있다. 미국을 비롯한 선진국들은 현재 국제우주정거장(ISS)개발, 달에 유인기지 건설, 태양계 밖의 행성 탐험 등 천문학적인 금액을 투자하여 우주를 적극적으로 개발, 인류가 이용할 수 있는 환경으로 변모시키고 있다. 이제 막 항공우주산업에 눈을 뜨게 된 우리나라도 미국, 유럽, 일본, 러시아 등 선진국들만의 전유물이었던 우주를 개척, 진출하는 시도가 모색되고 있으며 그 계획은 순수 우리 기술로 개발된 우리별 위성, 다목적 실용위성, 과학기술 위성, 2008년 전남 고흥 외나르도에서 발사될 액체 추진제 로켓 개발 등으로 구체화되고 있다. 바야흐로 우리나라도 우주로의 진출 하는 시기가 도래하고 있는 것이다. 이에 본 연구실에서는 우주 추진장치의 기본이 되는 전기추진장치에 대한 기본적인 원리 이해와 이를 바탕으로 최신의 전산유체역학 기법을 이용한 수치적인 연구를 수행하고 있다. 본 연구실에 수행하고 있는 전기추진장치는 Arc Jet 추진기와 MPD 추진기, 이온 추진기 등의 연구를 진행, 수행하고 있다. 전기 추진 시스템(electric propulsion system)은 기존의 화학 추력기(고체, 액체 추진시스템)에 비해 구조적으로 간단하고 비추력도 매우 큰 장점을 가지고 있다.