이전 글에서 방산·항공 설계 현장의 세 가지 문제를 살펴봤습니다. 전자 장비의 발열·변형, 비행 중 안테나 성능 저하, 전동 액추에이터의 구동 특성 변화 이 문제들의 공통점은 구조·열·전자기가 동시에 맞물려 있다는 것이었습니다.
이번 글에서는 이 상호작용을 시뮬레이션으로 풀어내는 데 실제로 어떤 해석 프로그램이 쓰이는지, 그리고 어떻게 연계되는지를 정리합니다.
다물리 해석이란?
서로 다른 두 가지 이상의 물리 현상이 맞물려 있을 때, 이를 연계해 시뮬레이션하는 방식입니다. 예를 들어, 항공 전자 장비를 설계할 때는 이런 질문들이 동시에 등장합니다.
- 부품 발열이 주변 구조물에 어떤 변형을 유발하는가?
- 고속 기동 시 공력 하중과 진동이 전자 부품 신뢰성에 영향을 주는가?
- 전자기 간섭(EMI)이 회로 성능을 얼마나 떨어뜨리는가?
이 질문들은 각기 다른 물리 영역에 걸쳐 있지만 실제 시스템에서는 동시에 발생합니다. 다물리 해석은 이 상호작용을 설계 단계에서 미리 파악하기 위한 접근법입니다.
물리 영역별 해석 프로그램과 연계 흐름
각 물리 영역을 전담하는 해석 툴들은 단독으로도 쓰이지만, 연계될 때 더 현실에 가까운 결과를 냅니다.
구조 해석
Ansys Mechanical 기체나 하우징에 가해지는 정적·동적 하중, 충격, 피로를 분석합니다. 열해석 결과를 입력으로 받아 열응력까지 확인할 수 있어, 다물리 해석 흐름에서 가장 자주 연계되는 영역입니다. Ansys는 Mechanical을 항공우주 및 방산 분야의 핵심 구조해석 솔루션으로 공식 지정하고 있습니다.
유동·열 해석
Ansys Fluent / CFX 유체 흐름과 열전달을 다룹니다. 엔진 냉각, 고속 비행체의 공력 가열, 전자 장비 하우징 내부 열유동 등이 대표적입니다. Ansys는 Fluent에 항공우주·방위 전용 워크플로(Aero Workspace)를 별도 제공할 만큼 해당 분야에 깊이 적용되고 있습니다. 구조 해석과 연결하면 열-구조 연성 해석이 가능하고, 전자기 해석과 연결하면 발열이 전기 특성에 미치는 영향까지 추적할 수 있습니다.
전자기 해석
Ansys Maxwell 모터, 액추에이터, 센서, 변압기 등 전기·전자기 기기의 저주파 전자기장을 해석합니다. Ansys 공식 적용 분야에 항공우주 및 방산이 명시되어 있으며, 코일 발열량을 계산해 열해석에 넘기거나 구동 특성 변화를 온도 조건과 함께 분석하는 방식으로 다물리 흐름에 연계됩니다.
전자 장비 열 해석
Ansys Icepak PCB와 반도체 패키지 수준의 열유동을 전문적으로 다룹니다. 방산·항공 전자 장비는 고온·진동 환경에서 작동하기 때문에, 열 설계가 신뢰성과 직결됩니다. HFSS, Maxwell과 동일한 AEDT(Ansys Electronics Desktop) 플랫폼 위에서 작동해 전자기-열 연성이 자연스럽게 이어집니다.
고주파 전자기 해석
Ansys HFSS 안테나, 레이더, RF 부품의 고주파 전자기 특성을 해석합니다. Ansys는 HFSS를 통해 위성 통신과 항공우주용 대규모 안테나 어레이 모델링을 공식 지원합니다. 기체 구조 변형이 안테나 방사 패턴에 미치는 영향처럼, 구조·열 해석 결과를 받아 RF 성능 변화를 사전에 확인할 수 있습니다.
실제 설계 흐름으로 보면
무인기(UAV) 전자 장비 하우징 설계를 예로 들면, 연계 흐름은 대략 이렇습니다.
- 비행 중 공력 하중 → Mechanical로 구조 변형 분석
- 내부 발열 부품의 열분포 → Fluent + Icepak으로 확인
- 열변형이 안테나 구조에 미치는 영향 → Mechanical + HFSS 연계
- 전동 구동부의 전자기 특성 → Maxwell로 사전 검증
각 단계가 순차적으로 연결될 때, 실물 제작 전에 시스템 전체의 리스크를 파악할 수 있습니다. 설계 변경이 필요하다면, 시제품이 아니라 시뮬레이션 모델을 수정하면 됩니다.
마치며
다물리 해석의 핵심 가치는 특정 툴의 기능이 아니라, 물리 현상들 사이의 연결고리를 설계 단계에서 먼저 확인하는 것에 있습니다. 방산·항공 시스템의 복잡도가 높아질수록, 이 연결고리를 얼마나 촘촘히 검증하느냐가 개발 품질과 일정에 직접적인 영향을 줍니다.
모아소프트는 구조·열유동·전자기 영역을 아우르는 Ansys 해석 솔루션을 제공하고 있습니다. 관련 문의가 필요하시다면 아래로 연락 주세요.
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