연구실 탐방 (차세대 항공모빌리티 연구실. 지도교수 : 이상봉)

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   KAIST 차세대 항공모빌리티 연구실은 공기역학과 수치해석기법을 이용하여 전산유체역학 (Computational Fluid Dynamics) 기반의 해석 및 시뮬레이션을 수행하고 있습니다. 본 연구실은 크게 세 가지 분야의 연구를 진행하고 있습니다.

 

• Urban Air Mobility (UAM)

• Next Generation Wind Energy

• Super/Hypersonic Flow

   

 

   도심 내 복잡한 난류, 풍력터빈으로부터 발생하는 후류 및 초음속/극초음속 유동에 대한 물리적 이해를 수립하고, DNS, RANS, LES와 같은 수치해석 기반 유동 예측 시뮬레이션을 수행합니다. 이를 통해 실제 UAM, 풍력터빈, 엔진 설계 및 모델 개발 등에 유용한 데이터를 생성하고 응용하는 데에 목적을 두고 있습니다.

 

 

<그림 1> Professor and AIM lab. members

 

 

1.  도심 항공모빌리티(Urban Air Mobility) 연구

   도심 항공모빌리티는 도심 내부에서 운항하게 될 차세대 항공 교통체계입니다. UAM 운항에 있어 건물들 사이로 발생하는 빌딩풍 및 국소 기상 현상은 위험을 초래하는 주요 요인입니다. 본 연구실에서는 중규모 기상 예측 모델과 CFD를 결합하여 도심 유동과 그에 따른 운항 위험 지역을 예측하는 연구를 진행하고 있습니다.

 

2. 차세대 풍력에너지(Next Generation Wind Energy)

   

   Aero-Elasto-Servo 연계해석을 통한 성능예측 및 프로그램의 신뢰성 확보는 풍력터빈 설계의 주요 부분을 차지합니다. 본 연구실에서는 OpenFAST(Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence) 프로그램을 기반으로 신뢰성 높은 통합하중해석 프로그램 개발을 하고 있습니다. 풍력발전의 소음문제, 설치장소의 한계를 극복하고자 해상풍력발전 시스템의 공력 하중 해석에 대한 연구도 수행하고 있습니다.

<그림 3> (Left) High altitude wind turbine, (Right) Semi-submersible wind turbine

 

 

3. 초음속-극초음속 유동(Super/Hypersonic Flow) 해석

  

   초음속-극초음속 유동에서는 충격파와 경계층-난류와의 간섭현상 등이 유동 박리의 주요 원인이 되며, 특히 충격파의 low-frequency 진동 현상에 대한 정확한 물리적 이해는 여전히 부족합니다. 이는 초음속-극초음속 엔진의(예시: scram-jet) “unstart”의 원인이기도 합니다. 본 연구실에서는 Direct Numerical Simulation 툴을 이용하여 유동 박리에 대한 통계 및 유동의 구조적 해석을 통해 low-frequency shock motion에 대한 물리적 메커니즘을 규명하고자 합니다.

<그림 4> Density variation due to shock interaction

 

 

- 학생들에게...

 

공기역학 및 수치해석 그리고 C 언어에 대한 배경 지식이 있으면 연구를 시작하는 데 도움은 되지만, 이보다 더 중요한 것은 관심이라고 생각합니다. CFD에 대한 관심이 있으면 언제나 환영입니다.

 

 

 

 

 

작성                이상봉 교수님[slee1@kaist.ac.kr]

편집              이재호[barbossa0412@kaist.ac.kr]