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점성 유체 역학과 난류의 미해결 과제 점성 유체 역학은 일상생활의 다양한 분야에 깊숙이 영향을 미치는 고전 역학의 중요한 분야로, 인체 해부학, 기상학, 수리공학, 그리고 지상 및 해상, 항공 운송 등을 포함합니다. 이 분야에서 점성 유체의 흐름은 고전 역학 내에서 비선형성과 난류 현상을 대표하는 주요 사례로 손꼽히며, 4장에서 소개된 비선형 운동 방정식의 다양한 해를 탐구하는 데 있어 탁월한 예로 기능합니다. 점성 유체의 전단 응력 메커니즘 난류 현상의 정교한 분석은 고전 역학에서 아직 해결되지 않은 큰 난제로 남아 있으며, 이는 학문적으로 중대한 도전 과제로 인식됩니다. 유체는 고체와 달리 흐르는 특성 때문에 전단 응력을 견딜 수 있는 탄성 복원력이 없습니다. 대신, 유체 내의 전단 응력은 점성력에 의해 균형을 이루며, 이 점성력은 유체.. 전문과학 2024. 4. 14.
항공기 열 관리 시스템에 관한 종합적 검토 최근 현대 항공기의 내부 열 부담이 점차 증가하고 있는 문제에 대해 살펴보자. 과거에는 고속 마하 수준의 비행 중 발생하는 공기역학적 가열이 주된 관심사였으나, 이제는 아음속 항공기에서도 비슷한 과제를 직면하고 있다. 이러한 변화는 항공기의 다양한 내부 시스템과 부속품에서 발생하는 열로 인해 점차 심화되고 있다. 향후 항공기 설계를 위한 냉각 시스템 혁신 필요성 항공 전자기기, 비행 제어 액추에이터, 엔진 등의 발열은 더욱 강력한 냉각 시스템의 필요성을 초래하며, 이는 킬로와트 단위가 아닌 메가와트 단위로 측정될 정도다. 특히 군용기에서 이 문제는 더욱 심각하다. 첨단 전투기의 운용 능력과 내구성이 현재의 열 관리 능력에 의해 제한받고 있는 상황이며, 이는 연료 용량의 문제가 아닌 열 제한 때문이다. 항.. 전문과학 2024. 4. 14.
우주 임무에서의 GNSS 활용 가능성 GNSS(Global Navigation Satellite System)는 위치, 항법, 시간 정보(PNT)를 제공하는 데 광범위하게 사용되는 기술입니다. 이 시스템은 지상 응용뿐만 아니라 우주에서의 활용 가능성을 탐색하기 위한 여러 연구의 대상이 되어왔습니다. 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS), 러시아의 GLONASS, 유럽의 GALILEO, 중국의 BEIDOU(BDS)와 같은 글로벌 시스템과 일본의 QZSS, 인도의 NavIC과 같은 지역 시스템의 발전은 우주에서의 다중 별자리 GNSS 활용 논의를 촉발시켰습니다. GNSS의 우주 활용 가능성 탐색 100개 이상의 활성 GNSS 위성을 포함하는 이 다중 별자리 시스템은 신호 커버리지와 시스템 다양성을 크게 향상시켜 우주에서의 PNT 성능과 복원력을 개선.. 전문과학 2024. 4. 11.
비행 성능 최적화를 위한 고전적 이론과 현대 기술의 융합 항공 엔지니어링의 근본을 이루는 고전적 선형 이론은 시대를 거듭해도 그 가치를 유지하며, 그 단순성은 비행의 안정성 확보에 있어 필수 불가결한 역할을 수행합니다. 공학의 이 분야에서 혁신적인 발견이 빈번하지 않음에도 불구하고, 기존의 지식은 기술 발전에 발맞춰 새로운 적용을 찾아내고 있습니다. 이런 변모의 중심에는 디지털 컴퓨팅의 진보가 자리하고 있습니다. 컴퓨터와 항공 엔지니어링 설계와 분석을 위한 주된 도구로서 컴퓨터의 역할은 이제 항공기 운영에서 분리할 수 없는 부분이 되었으며, 특히 첨단 기능을 갖춘 항공 제어 시스템에서는 컴퓨터의 중요성이 더욱 강조됩니다. 이러한 결합은 복잡한 비행 조건 하에서도 높은 수준의 정확도와 신뢰성을 보장하는데, 이는 곧 효율적인 설계와 안전한 항공 여행의 보증수표가 .. 전문과학 2024. 4. 8.
고온 열물성치 계측공학의 응용과 이해 고온 열물성치 계측공학은 물질의 열적 특성을 고온 환경에서 측정, 분석하는 공학 분야입니다. 이 분야는 재료 공학, 에너지 시스템, 우주항공, 핵반응 공학 등 다양한 공학 분야에서 중요한 역할을 합니다. 고온에서 재료의 열전도도, 비열, 열팽창 계수, 방사율 등의 열물성 치를 정확하게 측정하는 것은 재료의 안정성, 효율성, 내구성을 평가하는 데 필수적입니다. 고온 환경에서의 열물성치 측정은 특별한 도전을 수반합니다. 고온 열물성치 측정을 위한 장비와 기술 예를 들어, 측정 장비와 샘플이 고온에 노출될 때 장비의 정확성과 재료의 특성이 변할 수 있습니다. 따라서, 고온 열물성치를 측정하기 위한 장비와 방법은 일반적인 조건에서 사용되는 것들과 다르며, 고온 환경을 견딜 수 있는 내열성이 요구됩니다. 고온 열.. 전문과학 2024. 4. 7.
항공우주 공학에서 공기 탄성 효과의 중요성 탐구 공기 탄성은 항공기 설계와 성능 평가의 중요한 측면을 이루며, 그 복잡성은 항공우주 공학의 가장 도전적인 문제 중 하나로 여겨집니다. 이 분야는 항공기가 실제 비행 환경에서 겪을 수 있는 다양한 힘의 복잡한 상호 작용을 분석합니다. 여기서 중요한 점은 항공기가 공중에서 겪는 진동, 정적 편향, 그리고 들뜸과 끌림 힘의 결합이 어떻게 항공기의 성능을 저하시키거나 심각한 경우 구조적 실패로 이어질 수 있는지를 이해하는 것입니다. 공기 탄성과 발산 현상 칼라 삼각형의 개념은 이러한 힘들의 복잡한 상호 작용을 시각적으로 이해하기 위한 훌륭한 도구입니다. 각 꼭짓점이 동적, 관성 및 공기역학적 힘을 대표함으로써, 우리는 이 세 가지 주요 힘 사이의 상호 작용을 분석할 수 있습니다. 이러한 상호 작용이 공기 탄성 .. 전문과학 2024. 4. 7.
VTOL비행체공학의 원리와 응용산업 수직 이착륙(VTOL) 항공기는 고정된 활주로 없이 수직으로 이착륙할 수 있는 능력을 갖춘 항공기를 지칭합니다. 이 기술은 주로 회전익(헬리콥터)과 고정익 항공기의 특성을 결합한 다양한 형태로 나타나며 최근에는 전기 수직 이착륙(eVTOL) 기술에 중점을 둔 연구가 활발히 진행되고 있습니다. VTOL 항공기는 복잡한 공기역학 원리와 추진 시스템을 활용하여 중력을 극복하고 공중에서의 안정성을 유지합니다. VTOL비행체란? 수직 이착륙과 수평 비행 간의 전환은 에너지 효율과 비행 동작의 최적화를 필요로 하며, 이는 고도의 기술적 도전 과제를 수반합니다. eVTOL 항공기의 발전은 지속 가능한 도심 항공 모빌리티(DAM)의 실현을 약속하며, 이를 위해서는 고충실도 시뮬레이션, 전기 추진 시스템, 경량 소재의 .. 전문과학 2024. 4. 7.
라그랑지 계수, 목적 함수와 제약 조건 알아보기 라그랑지 계수(Lagrange Multipliers)는 최적화 문제에서 중요한 역할을 하는 개념으로, 목적 함수를 최대화 또는 최소화하는 과정에서 제약 조건을 고려할 때 사용됩니다. 이를 통해 최적화 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며, 다양한 응용 분야에서 활용되고 있습니다. 이번 포스트에서는 라그랑지 계수의 개념과 함께 목적 함수, 제약 조건, 극값, 듀얼 문제, KKT 조건, 스칼라화, 그리고 라그랑지 승수에 대해 자세히 알아보겠습니다. 목적 함수(Objective function) 목적 함수는 최적화 문제에서 핵심적인 역할을 수행합니다. 이는 주어진 문제에서 최대화하거나 최소화하고자 하는 대상을 나타내는 함수입니다. 예를 들어 생산 공장의 생산량을 최대로 하는 경우나 비용을 최소로 하는 경우와 같.. 전문과학 2024. 4. 7.
유체의 압축성과 비압축성 유동의 이해 유체의 압축성에 대해 이야기해 볼까요? 유체의 압축성이란, 압력이 변할 때 유체의 부피가 얼마나 변하는지를 나타내는 거예요. 이는 유체가 어떻게 흐르든지 상관없이 그 유체의 열역학적 특성으로 정의돼요. 밀도 변화와 마하 수의 역할 유체가 흐를 때 압축률은 조금 다른 얘기가 되는데요. 이건 바로 흐름의 마하 수와 직접적인 관계가 있어요. 운동량 방정식을 2차 테일러 분해로 확장해 보면, M^2에 비례하는 요동하는 압력 항이 생긴다는 걸 알 수 있어요. 그래서 마하 수가 0.3보다 낮으면 그 흐름은 비압축성이라고 볼 수 있어요. 마하 수가 0.3인 경우에는, 이른바 '음향적' 요동하는 압력이 대류 압력 항의 10% 정도 되는 거예요. 이와 관련된 더 자세한 내용을 알고 싶다면, 로우-마흐 수를 위한 나비에 .. 전문과학 2024. 4. 6.
압축성유체역학의 원리와 플라즈마 자기장이 포함된 얇고 고밀도의 플라즈마를 어떻게 압축하는지에 대해 이야기할게요. 이때 우리는 원통형 벽을 사용한다는 걸 고려해요. 이 원통형 벽 덕분에 자기 유사한 해를 찾을 수 있었어요. 그리고 이 벽이 플라즈마를 압축하면서 발생하는 플라즈마의 경계층 구조도 알아냈죠. 알고 보니 이 경계층이 형성되면서 플라즈마 안에서 열이 생기고 이 열이 플라즈마의 반자성을 꽤 많이 높여줘요. 자기 플럭스 손실은 고전적인 수송 계수를 가진 플라즈마를 압축할 때 상당히 증가하는데 난류를 가진 플라즈마에서는 더욱 그래요. 플라즈마 압축속도 실험을 통해 알아낸 건데 실린더 벽으로 플라즈마를 압축하는 속도에 따라 자기 플럭스 손실이 달라진다는 거예요. 하지만 낮고 효율적인 압축을 통해 자기장이 포함된 플라즈마를 잘 다룰 수 .. 전문과학 2024. 4. 6.

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