본 연구 주제는 극초음속 비행 환경에서 작동하는 공기흡입식 추진기관, 특히 스크램제트와 복합사이클 엔진의 성능 해석과 설계 기술에 초점을 둔다. 연구실은 마하 수가 매우 높은 조건에서 흡입구, 격리부, 연소기, 노즐이 상호작용하는 복잡한 유동 현상을 이해하고, 이를 바탕으로 안정적인 추력 생성이 가능한 추진 시스템을 개발하는 데 관심을 가진다. 관련 특허와 학술발표를 통해 이젝터제트, 램제트, 스크램제트로 이어지는 엔진 모드 전환과 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진 개념을 지속적으로 다뤄 온 점이 핵심적인 연구 축으로 확인된다. 이 분야에서 연구실은 스크램제트 흡입구의 성능평가, 버즈 현상, 유동 박리와 비정상 시동 해석, 노즐 형상 설계, 연소기 내 열질식 현상 등 실제 추진기관 설계에 직결되는 문제를 수치적으로 분석한다. OpenFOAM과 같은 전산유체해석 도구를 활용해 초음속 및 극초음속 유동을 계산하고, 충격파-경계층 상호작용, 압축각 변화, 받음각 변화에 따른 흡입구 성능 변화를 예측하는 연구를 수행하는 것으로 보인다. 또한 보염기와 연료분사부 형상 최적화, 점화 및 화염 유지 메커니즘 분석을 통해 연소 안정성과 추력 향상을 동시에 추구한다. 이 연구는 차세대 고속 비행체, 재사용 발사체, 국방·우주 분야 추진 시스템 개발에 직접적으로 연결될 수 있다. 극초음속 영역에서는 작은 형상 변화나 열유동 불안정성도 전체 엔진 성능에 큰 영향을 미치므로, 고정밀 수치해석과 설계 검증 기술의 확보가 매우 중요하다. 연구실의 성과는 국내 항공우주 추진 기술의 자립화와 고성능 엔진 개념 개발에 기여할 수 있으며, 향후 실험-수치 연계 연구와 다학제적 시스템 통합 연구로 확장될 가능성이 높다.

본 연구 주제는 추진기관 내부에서 일어나는 연소 현상을 유동과 열전달의 관점에서 정밀하게 해석하는 데 목적이 있다. 연구실은 예혼합화염, 확산화염, 자발점화 제트 화염, 난류 화염 전파 등 다양한 연소 형태를 다루며, 연료 분해와 점화, 화염 구조 변화, 연소 불안정성의 발생 메커니즘을 분석한다. 디메틸에테르 제트 화염의 열분해 효과, 난류 예혼합 화염의 복사 영향, 하이브리드 로켓 연소의 저주파 불안정성 등은 이 연구실이 연소 반응과 유동 구조를 동시에 고려하는 접근을 취하고 있음을 보여준다. 세부적으로는 직접수치해석과 반응유동 수치모델링을 통해 화염 전파 속도, 열방출 분포, 유동 교란, 보염 성능, 점화기의 온도 상승 메커니즘 등을 규명한다. 특히 가스다이내믹 점화기, 액체연료 스크램제트 연소기, 보염기 구조와 같은 실제 장치 수준의 문제를 대상으로 연료-공기 혼합 증진과 화염 유지 성능을 향상시키는 설계를 탐구한다. 이는 단순한 이론 연구를 넘어, 실제 항공우주 추진기관의 연소 효율과 안정성을 높이기 위한 공학적 해법을 제시하는 데 강점이 있다. 이 연구는 고속 추진기관의 신뢰성과 안전성을 높이는 데 매우 중요하다. 극초음속 환경에서는 체류 시간이 매우 짧고 유동장이 강하게 압축되어 있기 때문에, 연소 반응을 빠르고 안정적으로 유지하는 기술이 필수적이다. 따라서 본 연구실의 연소 해석 및 화염 안정화 연구는 차세대 스크램제트, 램제트, 로켓 점화 시스템 개발에 기반이 되며, 더 나아가 에너지 변환 효율 향상과 연소기 설계 최적화에도 폭넓게 활용될 수 있다.

본 연구 주제는 고온·고속 유동장에서 나타나는 열전달과 열화학 비평형 현상을 정밀하게 모델링하는 데 중점을 둔다. 극초음속 비행체 주변 유동은 강한 충격파와 급격한 온도 상승을 동반하며, 이 과정에서 분자의 진동 여기, 해리, 화학반응 지연 등 비평형 효과가 중요하게 작용한다. 연구실의 대표 논문 중 하나인 산소의 열화학 비평형 모델링 연구는 이러한 환경에서 기존 평형 가정만으로는 설명하기 어려운 물리 현상을 다루고 있음을 보여준다. 이와 함께 연구실은 복사열전달, 비회색 기체 복사 해석, 열전달 계산 효율 향상을 위한 알고리즘 개선에도 관심을 가지고 있다. 난류 예혼합화염 전파에서 복사 효과를 고려한 직접수치해석, 비회색 기체 복사 해석의 계산시간 절감을 위한 WSGG 방법 개선 연구, 재가열로 내부 슬래브 가열 특성 수치해석 등은 열전달과 유동·연소가 결합된 문제를 폭넓게 다루는 역량을 보여준다. 이는 항공우주 분야뿐 아니라 고온 공정, 에너지 시스템, 열설계 문제에도 적용 가능한 기반 기술이다. 고온 열유동 및 비평형 모델링은 추진기관의 성능 예측 정확도를 높이고, 열손상 및 구조 안전성을 평가하는 데 핵심적인 역할을 한다. 특히 극초음속 추진에서는 열부하와 화학반응 지연이 시스템 성능을 좌우하므로, 정교한 물리 모델과 효율적인 계산 기법이 필수적이다. 연구실의 이러한 접근은 고속 비행체 열관리, 충격풍동 및 팽창터널 조건 해석, 고엔탈피 유동 검증 연구로 확장될 수 있으며, 항공우주 열유체 해석 분야의 신뢰성 높은 설계 도구 개발에 기여할 수 있다.