유도탄 열공력 및 열구조 해석 연구

 극초음속으로 비행하는 유도탄은 비행 속도, 고도, 궤적에 따라 다양한 열환경에 노출된다. 마하 5 이상의 속도로 대기권을 비행할 경우, 충격파 형성, 점성 가열, 경계층 발달과 같은 공기역학적 현상으로 인해 유도탄 표면에는 강한 열 하중이 발생하게 된다. 특히 노즈, 앞전, 핀 등의 곡률이 작은 부위에서는 열이 집중되는 경향이 뚜렷하며, 이로 인해 국소적인 재료 열화나 열응력에 따른 손상이 유발될 수 있다.

 고온 조건이 지속되면 유도탄 외피와 대기 중의 산소, 질소 등과의 비평형 화학 반응이 유도될 수 있으며, 이 반응은 표면에서의 열유속을 더욱 증가시키고 재료의 손상을 가속화시킨다. 따라서 단순한 열전달 해석을 넘어, 표면 반응 유무를 정량적으로 판단할 수 있는 열화학적 모델의 적용이 필수적이다. 실제 운용 조건에서 표면 반응이 발생하는지를 판단하고, 그 영향 범위를 평가하는 것은 열 보호 시스템의 신뢰성 확보에 핵심적인 요소가 된다.

 이를 위해 본 연구에서는 다양한 비행 조건 하에서 유도탄의 열공력 해석을 수행하고 있다. 유동장이 비정상적이거나 충격파-경계층 상호작용이 지배적인 조건에서도 안정적으로 작동할 수 있도록, 고정밀 CFD를 이용해 열유속 분포 및 표면 온도를 예측하고, 이를 바탕으로 실제 비행 환경에서 발생 가능한 구조 손상 가능성을 사전에 예측하고 방지할 수 있도록 한다.

 본 연구는 극초음속 유도무기의 실전 운용 환경을 정밀하게 재현하고, 열 및 구조 안전성을 확보하는 데 필요한 해석적 기반을 마련함으로써, 향후 고속 유도무기 체계의 내열 설계 및 생존성 향상에 기여하고자 한다.

유도탄 표면 열공력 해석 및 구조 열전달 해석 결과