본 연구실에서는 이론적, 수치적 방법을 이용한 각종 비행체의 공기역학적 특성과 유동 현상에 관한 기초 및 응용 연구를 수행하며, 신속 효율적 공력해석 기법 개발 및 적용, 그리고 풍동을 이용한 공력 및 유동 측정에 대한 실험적 연구 등을 함께 수행하고 있다. 또한 신속 해석기법과 대리모델 및 기계학습 기법 등을 적용한 공력 DB 구축 및 공력 최적화 연구를 함께 수행하고 있다.
기초 공기역학 연구로는 안정성 이론 및 안정성 해석 기법에 기반한 공력 경계층 불안정성 및 천이 현상에 관한 연구를 수행하고 있다. 선형 안정성 이론 (linear stability theory, LST)과 선형 및 비선형 포물형 안정성 방정식 (linear and nonlinear parabolized stability equations, LPSE and NPSE), 전역 안정성(bi-global stability) 해석 코드를 개발/보유하고 있으며, 이를 유동 불안정성 및 천이 현상 메커니즘과 파라미터 연구, 극초음속 경계층 천이 제어 기법 연구 등에 활용하고 있다. 이를 활용한 응용 연구로는 안정성 해석 결과와 e N-방법을 사용한 반경험적 천이지점 예측 기법의 교정과 공학 문제로의 적용, 안정성 데이터 기계학습을 통한 불안정성 및 천이지점 신속 예측 기법 개발을 수행하고 있다. 또한 유동 안정성 해석 결과 데이터에 근거하여 극초음속 유동의 RANS 해석을 위한 물리 기반(physics-based) 난류-천이 모델의 개발/개선 연구를 수행하고 있다.
신속 공력해석 기법 관련 연구로는 용출-중첩 패널 기법(source-doublet panel method) 기반의 3차원 비정상 포텐셜 유동 해석 기법과 로터/프로펠러 등의 회전익 해석을 위한 actuator disk method 및 actuator surface method 결합 RANS 해석자를 개발, 개선하고 이들을 비행체 설계/개발에 활용하는 연구를 진행하고 있다. 무인기, 드론, 전기동력 수칙이착륙기(eVTOL), UAM, 복합형 비행체, PAV(personal aerial vehicle) 등 다양한 항공기 공력 해석을 통해 설계/개발에서의 실용성과 타당성을 검증하고 있다. 신속해석 기법과 고충실 해석 기법의 다중 충실도 해석 데이터 대한 데이터 퓨전 및 기계학습을 적용한 효율적 공력 DB 생성 기법 구축과 실용적 적용 연구를 진행하고 있다. 다분야 통합해석 및 최적화(MDO) 시스템에 신속 공력해석 기법을 결합, 연동하는 연구를 함께 진행하고 있다.
응용 전산공기역학 분야로는 성층권, 화성대기와 같은 초저레이놀즈수 영역과 극초음속 마하수 영역과 같은 비전통적 비행 조건, 고속 복합형 회전익기와 같은 비전통적 개념의 비행체들에 대한 공력 성능과 유동 특성을 전산유체역학(CFD)을 이용하여 분석하고 공력설계에 적용하는 연구를 수행한다. 극초음속 난류-천이 모델의 개발/개선과 이를 적용한 RANS 해석을 기반으로 스크램제트 비행체 및 재사용 우주비행체의 열공력 성능 분석 연구를 수행하고 있으며, 성층권 태양광 드론, 화성대기 헬리콥터용 익형 및 블레이드, 고기동 동축반전 헬기 로터 허브의 공력 성능 분석 등을 수행하고 있다. 또한 고정밀 유동 해석 기법은 내재적 대와류 모사(ILES)를 이용하여 고속 경계층 천이 현상 및 초저레이놀즈 익형 유동 물리 현상을 모사하고 분석하고 있다. 전산해석 결과들을 바탕으로 공력설계 민감도 분석과 실험 설계법, 반응면 대리모델(surrogate model) 및 인공신경망, 선호도함수에 기반한 최적화를 이용하여 다양한 비행체 구성요소의 공력 형상 최적화 연구를 함께 수행하고 있다.
실험적 연구로는 보유하고 있는 아음속 풍동을 이용하여 항공기 공력 측정 풍동시험을 수행하며, 3D 프린팅을 이용한 공력측정 시험 모델 제작의 실용성 평가 연구를 수행하고 있다. 또한 시험부 벽면 효과를 실험적으로 측정하고 전산해석과 병행하여 분석하는 연구를 수행하고 있으며, 전산해석 데이터의 기계학습을 통한 벽면효과 보정기법의 개발과 실험적 검증을 위한 연구를 진행하고 있다.
기초 공기역학 연구로는 안정성 이론 및 안정성 해석 기법에 기반한 공력 경계층 불안정성 및 천이 현상에 관한 연구를 수행하고 있다. 선형 안정성 이론 (linear stability theory, LST)과 선형 및 비선형 포물형 안정성 방정식 (linear and nonlinear parabolized stability equations, LPSE and NPSE), 전역 안정성(bi-global stability) 해석 코드를 개발/보유하고 있으며, 이를 유동 불안정성 및 천이 현상 메커니즘과 파라미터 연구, 극초음속 경계층 천이 제어 기법 연구 등에 활용하고 있다. 이를 활용한 응용 연구로는 안정성 해석 결과와 e N-방법을 사용한 반경험적 천이지점 예측 기법의 교정과 공학 문제로의 적용, 안정성 데이터 기계학습을 통한 불안정성 및 천이지점 신속 예측 기법 개발을 수행하고 있다. 또한 유동 안정성 해석 결과 데이터에 근거하여 극초음속 유동의 RANS 해석을 위한 물리 기반(physics-based) 난류-천이 모델의 개발/개선 연구를 수행하고 있다.
신속 공력해석 기법 관련 연구로는 용출-중첩 패널 기법(source-doublet panel method) 기반의 3차원 비정상 포텐셜 유동 해석 기법과 로터/프로펠러 등의 회전익 해석을 위한 actuator disk method 및 actuator surface method 결합 RANS 해석자를 개발, 개선하고 이들을 비행체 설계/개발에 활용하는 연구를 진행하고 있다. 무인기, 드론, 전기동력 수칙이착륙기(eVTOL), UAM, 복합형 비행체, PAV(personal aerial vehicle) 등 다양한 항공기 공력 해석을 통해 설계/개발에서의 실용성과 타당성을 검증하고 있다. 신속해석 기법과 고충실 해석 기법의 다중 충실도 해석 데이터 대한 데이터 퓨전 및 기계학습을 적용한 효율적 공력 DB 생성 기법 구축과 실용적 적용 연구를 진행하고 있다. 다분야 통합해석 및 최적화(MDO) 시스템에 신속 공력해석 기법을 결합, 연동하는 연구를 함께 진행하고 있다.
응용 전산공기역학 분야로는 성층권, 화성대기와 같은 초저레이놀즈수 영역과 극초음속 마하수 영역과 같은 비전통적 비행 조건, 고속 복합형 회전익기와 같은 비전통적 개념의 비행체들에 대한 공력 성능과 유동 특성을 전산유체역학(CFD)을 이용하여 분석하고 공력설계에 적용하는 연구를 수행한다. 극초음속 난류-천이 모델의 개발/개선과 이를 적용한 RANS 해석을 기반으로 스크램제트 비행체 및 재사용 우주비행체의 열공력 성능 분석 연구를 수행하고 있으며, 성층권 태양광 드론, 화성대기 헬리콥터용 익형 및 블레이드, 고기동 동축반전 헬기 로터 허브의 공력 성능 분석 등을 수행하고 있다. 또한 고정밀 유동 해석 기법은 내재적 대와류 모사(ILES)를 이용하여 고속 경계층 천이 현상 및 초저레이놀즈 익형 유동 물리 현상을 모사하고 분석하고 있다. 전산해석 결과들을 바탕으로 공력설계 민감도 분석과 실험 설계법, 반응면 대리모델(surrogate model) 및 인공신경망, 선호도함수에 기반한 최적화를 이용하여 다양한 비행체 구성요소의 공력 형상 최적화 연구를 함께 수행하고 있다.
실험적 연구로는 보유하고 있는 아음속 풍동을 이용하여 항공기 공력 측정 풍동시험을 수행하며, 3D 프린팅을 이용한 공력측정 시험 모델 제작의 실용성 평가 연구를 수행하고 있다. 또한 시험부 벽면 효과를 실험적으로 측정하고 전산해석과 병행하여 분석하는 연구를 수행하고 있으며, 전산해석 데이터의 기계학습을 통한 벽면효과 보정기법의 개발과 실험적 검증을 위한 연구를 진행하고 있다.