최근 항공 관련 사고가 빈번하게 일어나며 안전에 대한 중요성이 커지고 있습니다.
비행기에서 나타나는 공기 역학적 현상
이러한 비행 운행 중에 발생하는 사고를 방지 위해 비행기에서 나타나는 다양한 공기 역학적 현상들을 해석해서 위험성을 사전에 예측하는 목적에 맞는 툴을 사용할 필요가 있습니다.
비행기 유동 해석이 가능한 다양한 도구
비행기 유동 해석을 할 수 있는 도구는 아래와 같은 다양한 도구들이 있습니다.
- FLUENT (Aerodynamic): 비행 중 날개 주변에 발생하는 난류 현상 예측이 가능하며 대부분의 유동해석을 FLUENT를 활용하여 모사합니다.
- FLUENT-Mechanical (Aero-structures): FLUENT에서 예측한 압력장(pressure field) 및 유동장을 활용하여 ANSYS mechanical에 coupling함으로서 날개에 작용하는 응력을 계산해서 잔존수명 등을 예측 할 수 있습니다.
- CFX (Propulsion system): 회전 기기 (펌프, 압축기 등)에서의 열수력 현상 및 공력 현상을 모사하는데 특화된 제품으로 항공기의 터빈을 해석하는데 강력한 기능을 제공합니다.
- FENSAP-ICE (De-icing system): 항공기가 높은 고도로 운전할 때 낮은 온도로 인하여 결빙이 발생합니다. 이러한 결빙 발생은 공력 성능을 저하시킬 수 있습니다. 그러므로 항공기 운전 조건에서 결빙이 얼마나 발생하고 얼마의 소모전력이 있을 때 얼음을 없앨 수 있는지 예측합니다.
항공 관련 유동해석이 가능한 전산 유체 역학인 ANSYS CFD
다양한 유체역학 해석에 활용할 수 있는 CFD 소프트웨어인 범용 CFD솔버에는 크게 ANSYS FLUENT와 ANSYS CFX 두 가지가 있습니다. 이 외에도 결빙 해석을 수행할 수 있는 FENSAP-ICE, 입자 유동 해석을 전문적으로 수행할 수 있는 ROCKY, 전자장비 해석 중 PCB의 열 해석을 수행하기 위한 ICEPAK AEDT가 있습니다.
범용 소프트웨어인 CFD는 항공기 해석에 대해 아래와 같은 기능들을 지원합니다.
- 2D 및 3D, 비압축성 및 압축성, 정상 및 비정상 흐름
- 층류 및 난류 유동
- 난류 유동에서 다양한 모델 (
, 
등)을 제공 - 음향 해석
- 다양한 종류의 열 전달 해석 모델 제공 : 상 변화 (비등, 응축) 및 복사
- 연소 해석을 위한 반응성 유동: 종합적인 화학 반응 모델링
- 다상 유동: 자유 표면 유동 등
- 회전 기계 해석
- 이동 및 변형 격자
- 최적화 도구
- 맞춤형 툴 지원
- 고도로 확장 가능한 병렬 처리 기능
ANSYS CFD 항공문제 접근 방식
공기 역학 시뮬레이션을 위한 정확하고 견고한 CFD 접근 방식을 사용합니다.
- 경계층, 유동 박리, 재순환, 재부착, 충격파, 와류, 후류 및 충격파-경계층 상호 작용 등 경계층에서의 상호 작용으로 인한 공기 역학적 현상을 모사
- 경계층 상호 작용을 통해 비행기의 속도에 따른 아음속부터 초음속까지 모든 체계 산업 관련 형상에 대한 공기 역학적 특성을 예측
외부 공력 문제에서의 도전 과제
비행체 해석을 통해 공기의 속도, 비행체의 모양 등 비행기에 작용하는 항력 및 양력 계수를 예측합니다.
- 항력 및 양력 값을 기반으로 비행체 최적화 설계
- 실제와 가장 가까운 난류 모델을 예측하기 위하여 다양한 난류 모델 제공 및 항공기에서 발생하는 다양한 유동 현상 예측
→ 다양한 난류 모델: , , LES, DES 등
→ 천이 유동, 유동 박리, 재부착 등
- 아음속 (Subsonic)에서 초음속 (Supersonic)까지 정확한 유동 해석 예측 위한 모델 제공
→ 아음속: Density based solver
→ 초음속: pressure based solver
자동/고품질 메시 기능
유동 해석을 위한 다양한 메시 형상를 제공
- Tetrahedron, hexahedron 및 polyhedral 등 다양한 메쉬 형상을 제공
- 복잡한 CAD를 위한 어셈블리 메싱
- ANSYS Workbench 내에서 간소화된 워크플로우을 통한 메쉬 생성
- 사용자 정의/매개변수화에 개방됨
고급 및 정확한 난류 기능
Viscous model에 대한 mesh 민감도 해석
- 층류/천이/난류 모델
- 1-방정식 및 2-방정식 난류 모델
- 고급 난류 모델 기반 유동해석
- 자동 벽함수 모델
형상 최적화 기능
최적화 가속 디자인
- 설계 변수를 파라미터로 생성(Discovery, SpaceClaim 등)
- 파라미터 기반으로 유동해석 수행
- 최적화 솔루션(OptisLang)과 인터페이스를 통한 최적해 도출
- 최적해 기반으로 CAD 모델 수정 후 해석 재수행 및 검증
CFD 다중물리 기능
전자기 해석과 유동해석의 연동 해석
- Ansys Workbench 내에서 통합 솔루션 제공
- 유체-구조 연성해석 (비행체 변형 및 충격 흡수 등을 계산)
- 열-구조 연성해석
- 자기장-열 연성해석
전산 구조 역학
- 선형 및 비선형 해석, 모드 해석, 조화 해석, 과도 응답 해석, 랜덤 진동 해석, 유연/강체 동역학 해석
- 명확한 동역학 솔버 제공
다중 물리 연성 해석
- 통합된 다중 물리 환경을 통해 다양한 물리 솔버들과의 인터페이스를 통해서 시뮬레이션 가능
- 유체-구조 상호 작용
전자기학
- 전자기-기계적 해석(EM), 신호 및 전력
- 무결성, RF/마이크로파 해석
예측 가능한 리스크는 더 이상 위협이 되지 않습니다. 모아소프트는 신뢰할 수 있는 유동 해석 툴인 Fluent, CFX, FENSAP-ICE, ROCKY, ICEPAK AEDT을 제공하며, 관련 교육과 솔루션을 통해 비행 안전을 한 차원 높여드립니다.
관련문의: 02-6945-2156 / Contact us – (주)모아소프트
