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최근 행성 탐사의 요구가 증가하고 있으며, 그에 따라 행성의 진입 시 발생하는 극심한 열공력 환경에 대한 연구의 중요도 또한 증가하고 있다. 특히 우주 탐사 비행체는 행성 대기 진입 및 지구 재진입과 같은 극한 환경에서의 복잡한 임무를 수행해야 한다. 이와 같은 우주 탐사 비행체의 설계를 성공적으로 수행하기 위해서는 열, 공력, 구조, 궤적과 같은 다양한 분야에서의 면밀한 분석이 필요하며, 다분야 해석 모듈들이 유기적으로 결합된 프레임워크 구축이 필수적이다.
최근 행성 탐사의 요구가 증가하고 있으며, 그에 따라 행성의 진입 시 발생하는 극심한 열공력 환경에 대한 연구의 중요도 또한 증가하고 있다. 특히 우주 탐사 비행체는 행성 대기 진입 및 지구 재진입과 같은 극한 환경에서의 복잡한 임무를 수행해야 한다. 이와 같은 우주 탐사 비행체의 설계를 성공적으로 수행하기 위해서는 열, 공력, 구조, 궤적과 같은 다양한 분야에서의 면밀한 분석이 필요하며, 다분야 해석 모듈들이 유기적으로 결합된 프레임워크 구축이 필수적이다.
비행체의 형상을 디자인하기 위해서는 여러 형상 및 다양한 비행 환경에서의 성능을 예측할 수 있어야 한다. 특히 설계 초기 단계에서는 설계 파라미터의 변화 또는 유동 조건에 따라 수많은 케이스에 대한 반복적인 해석이 요구된다. 이때 일반적으로 사용되는 수치해석 기반의 CFD(Computational Fluid Dynamics) 방법은 정밀하고 상세한 데이터를 제공하지만, 하나의 해석 케이스에 대해 복잡한 전/후처리 과정 및 방대한 연산량으로 인해 많은 계산 자원을 필요로 하므로 설계 초기 단계에서는 활용이 제한될 수 있다. 따라서 극초음속 비행체의 초기 개념설계 단계에서는, 빠르고 신속한 계산을 수행할 수 있는 경험식 기반의 열공력 해석을 수행하게 된다.
비행체의 형상을 디자인하기 위해서는 여러 형상 및 다양한 비행 환경에서의 성능을 예측할 수 있어야 한다. 특히 설계 초기 단계에서는 설계 파라미터의 변화 또는 유동 조건에 따라 수많은 케이스에 대한 반복적인 해석이 요구된다. 이때 일반적으로 사용되는 수치해석 기반의 CFD(Computational Fluid Dynamics) 방법은 정밀하고 상세한 데이터를 제공하지만, 하나의 해석 케이스에 대해 복잡한 전/후처리 과정 및 방대한 연산량으로 인해 많은 계산 자원을 필요로 하므로 설계 초기 단계에서는 활용이 제한될 수 있다. 따라서 극초음속 비행체의 초기 개념설계 단계에서는, 빠르고 신속한 계산을 수행할 수 있는 경험식 기반의 열공력 해석을 수행하게 된다.
본 연구에서는 CFD의 대안적인 방법으로, 경험식 기반의 열공력 모델식을 적용한 재진입 비행체의 공력 가열 연구를 수행하게 된다. 또한 재진입 임무를 위한 비행체의 구조 및 궤적해석 모듈을 구축하고, 이를 유전 알고리즘과 결합하여 다목적 형상 최적화를 수행함으로써 전반적인 비행체의 형상 최적설계 과정 학습을 목표로 한다.
본 연구에서는 CFD의 대안적인 방법으로, 경험식 기반의 열공력 모델식을 적용한 재진입 비행체의 공력 가열 연구를 수행하게 된다. 또한 재진입 임무를 위한 비행체의 구조 및 궤적해석 모듈을 구축하고, 이를 유전 알고리즘과 결합하여 다목적 형상 최적화를 수행함으로써 전반적인 비행체의 형상 최적설계 과정 학습을 목표로 한다.
재진입 캡슐 형상설계 프레임워크 예시
재진입 캡슐 형상설계 프레임워크 예시
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