형상함수와 시뮬레이션을 이용한 로켓발사체의 노즈콘 형상에 따른 열차폐 효율 및 온도 분포 변화 분석
2025-11-13
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로켓의 재진입 과정에서 발사체는 극초음속으로 대기를 가로지르게 되고 이때 표면에는 짧은 시간 동안 매우 높은 열이 가해진다. 단순한 마찰열뿐 아니라 공기 압축에 따른 온도 상승, 고온 유동에 의한 복사열, 이후 재료 내부로의 열전도까지 여러 가지 열 전달 방식이 동시에 작용한다. 특히 선단부에 위치한 노즈콘은 공기와의 접촉이 가장 먼저 일어나는 구조로, 열이 집중되기 쉬운 조건을 가진다. 공기역학적으로도 노즈콘은 전체 흐름의 분기점 역할을 하므로 형상에 따라 공기 흐름의 양상이나 압축 정도가 달라지고, 이는 결국 표면 온도 분포에도 직접적인 영향을 준다. 같은 속도와 조건에서 비행하더라도 노즈콘 형상이 다르면 열이 쏠리는 위치나 최대 온도, 열이 퍼지는 범위 등에 차이가 나타날 수밖에 없다. 따라서 형상별 열 분포 특성을 비교해보는 것은 단순히 외형의 차이를 넘어서, 실제 비행 중 구조의 안정성이나 재료 손상 가능성까지 예측해볼 수 있는 중요한 과정이라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 여러 가지 노즈콘 형상을 수학적으로 정의하고 이를 바탕으로 3차원 모델을 만들어 시뮬레이션을 진행하였다. 재진입 상황을 시뮬레이션하여 형상별로 열이 어떻게 분포하는지를 비교하고 최대 온도의 위치나 열이 퍼지는 범위를 중심으로 분석하여 열 차폐에 유리한 형상을 판단하였다.
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최재혁경산과학고등학교 / 교사
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