우주비행체 재진입 시 열구조 해석을 위한 열공력 축약 모델 연구

초록

재사용 우주비행체는 재진입 시 열권/중간권/성층권/대류권을 지나게 되며, 이때의 마하수는 25 이 상이다. 이러한 환경은 극심한 공력 가열로 인해 기체 분자 진동에너지의 여기, 질소 및 산소 분자 의 해리와 결합 등과 같은 화학 반응이 발생하게 된다. 이와 같이 우주비행체가 재진입 하면서 대 기 조건에 따라 그 주변 공기는 평형 혹은 비평형 열화학 반응을 겪게 되며 이에 따라 유입되는 열유량도 변화하게 된다. 따라서 재사용 우주비행체의 열적/구조적 건전성을 보장하기 위해서는 설 계 시 재진입 과정에서 수반되는 공력 열화학적 유동 환경을 필수적으로 고려해야 한다. 하지만 이 러한 비행 상태에서의 유동 현상을 계산하기에는 막대한 계산 자원 및 시간이 소요되기 때문에 모 든 지점에 대한 환경을 반영하기에는 한계가 존재한다. 이에 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하 기 위해 공력열화학적 환경을 전체 임무궤도에 걸쳐 효율적으로 반영하기 위한 축약 메타모델을 구성하였다. 메타 모델을 구성하기 위하여 비행 궤적에 따른 적절한 샘플링을 활용하여 특정 비행 상태의 유동 환경을 계산하고 이를 크리깅, 가우시안 회귀 분석 그리고 인공신경망 등의 방법론을 활용하여 전체 궤적을 반영할 수 있는 축약 메타모델을 구성하였다.