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기계

Institute of Applied Mathematics and Scientific Computing

2022-01-20 org.kosen.entty.User@37902512 신준수(starinsky)

Computational Fluid Dynamics (CFD) has become an indispensable part of research and industrial application of flow processes and aims to approximate fluid mechanical problems with numerical methods. The focus of the Institute for Numerical Methods in Aerospace Engineering (NML) is the development of efficient, time-resolved numerical methods and physical closure terms for turbulent flow forecasts. This includes complex flow phenomena such as multiphase flow, reactive flow, aerodynamic and supersonic flows, gas explosions and others. In addition to academic configurations, current technical issues are also dealt with.

독일연방군사대학교 (Bundeswehr University Munich)는 독일 뮌헨시의 위성도시인 노이비버그 (Neubiberg)에 위치하고 있는 연방군사대학교입니다. 독일에는 두개의 연방군사대학교가 존재하며, 나머지 하나는 함부르크에 위치하고 있습니다. 기본적으로는 장교들이 고급고육을 받는 군사대학교이지만 민간인들을 위한 교육을 함께 제공하고 있습니다. 2023년 기준, 3000여명의 학생들이 학부과정을 공부하고 있으며, 그 중 250여명의 민간인들이 함께 공부하고 있습니다. 또한 고급 학위교육을 위한 대학원에서도 민간인들을 중심으로 활발한 연구가 진행되고 있으며, 다양한 국적의 석사, 박사, 박사후 연구원들이 함께 어우려져 연구를 수행하고 있습니다. 오늘 소개할 항공우주공학과 소속의 응용수학 및 과학계산 연구실 (Institute of Applied mathematics and Scientific computing)에서는 주로 항공우주공학과 관련된 다양한 수치계산의 이론적인 연구 및 활용방안을 연구하고 있습니다.

Fig. 1. 위-학교 건물 전경, 아래-학교 옥상에서 맑은 날 바라볼 수 있는 알프스 산맥 (출처: https://www.unibw.de/)

항공우주분야에서의 연구는 기본적으로 막대한 비용과 시간이 소요됩니다. 연구를 수행하기 위해 고려되어야 하는 조건이 극한의 속도, 압력 및 온도를 다루어야 하는 경우가 많기 때문에 다루는 장비라던가 재료가 고가인 경우가 많으며 전문인력이 필요한 경우가 대부분이기 때문입니다. 따라서 컴퓨터를 사용하여 다루고자 하는 문제를 모델링하여 모사하는 연구가 항공우주분야에서는 매우 유용합니다.

저희 연구실에서는 항공우주분야에서 다뤄지는 광범위한 문제들을 수학적 모델로 만들고 그것을 컴퓨터를 사용하여 푸는 연구주제들을 다루고 있습니다. Figure 2에 본 연구실에서 다루는 대표적인 문제들에 대해 나타냈습니다. 액적 분열현상은 공학에서 광범위하게 다루어지는 문제이며, 항공우주분야에서도 연료 주입 등과 같은 목적을 위해 자주 사용됩니다. 이러한 액적분열은 주입되는 액체의 모멘텀과 주위 공기 유동의 레이놀즈수와의 관계에 따라 매우 복잡한 현상을 보이기 때문에 연구가 필요합니다.

난류 연소 현상 역시 항공우주분야에서 추력을 발생시키는 에너지원으로 사용되는 중요한 현상 중 하나입니다. 우주로 발사되는 로켓, 헬리콥터의 엔진, 비행기의 추력을 발생하는 가스터빈 엔진 모두 연소현상을 사용하고 있습니다. 이러한 연소현상에는 수많은 변수가 존재합니다. 연료와 산화제의 종류와 특성, 난류강도, 초기압력과 온도, 연소실의 형상과 조건 등 실험으로 수행하기에는 그 종류와 조건이 너무나 다양하기 때문에 수학적 모델링을 사용한 접근방법이 매우 유용하다고 할 수 있습니다. 또한 생체모방을 이용하여 기존의 공학적 컨셉을 보완하려는 시도들도 하고 있습니다. 본 연구실에서는 황새의 날개를 모델로 삼아 비행기의 날개를 개선하는 연구를 수행하고 있습니다.

마지막으로 비행체의 공력적 특성에 많은 영향을 끼치는 앞전 와류에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 비행기 동체의 바람을 받는 앞전에서 발생한 와류는 후류로 지나가면서 점점 깨지며 진행되게 되는데 이러한 특성이 고속으로 비행하는 비행체의 특성에 큰 영향을 끼치게 됩니다. 따라서 앞전 와류의 난류특성을 수학적으로 모델링하고 이를 예측하는 연구를 수행하고 있습니다.

Fig. 2. 연구분야 소개 (출처: https://www.unibw.de/numerik/forschung/forschung)

2023년 현재 2명의 교수, 14명의 박사과정생, 그리고 2명의 박사후 연구원들이 일하고 있습니다. 독일과 인도, 이탈리아, 이집트, 대한민국 출신의 다양한 국적의 사람들이 함께 일하고 있는 중입니다. 교수들을 포함한 연구실 구성원들끼리 매우 수평적인 관계이며 독일연구실 답지않게 점심식사도 개인 플레이(?)를 지양하고 모두 함께 식사하는 것을 매우 좋아합니다. 하지만 혼자 먹고 싶은 사람들에게는 눈치를 주지 않는 것이 미덕 또한 존재합니다. 그리고 매주 금요일 점심에는 함께 피자를 시켜 먹는 전통(?)이 있습니다.

뮌헨국제공항은 뮌헨시에서 매우 북쪽에 위치해 있기 때문에 대중교통으로 학교 캠퍼스로 오는데에는 뮌헨 시내를 거쳐 약 1시간 정도의 시간이 걸립니다. 그리고 Neuperlach Sud 지하철 역에서 내리면 걸어서 15분 정도가 걸립니다. 위에서 말했듯이 기본적으로 군사대학교이기 때문에 민간인은 특별한 이유 없이는 출입이 불가능합니다. 하지만 인솔자가 있다면 기본적으로 출입이 가능하기 때문에 미리 연락을 주시면 학교 출입이 가능합니다. 관심이 있으신 분들은 언제나 이메일 주소로 연락주십시오.

Fig. 3. 뮌헨 남쪽에 위치한 독일연방군사대학교 캠퍼스