TPMS 다공성 구조체의 유효물성치 산출 및 흡음 특성에 대한 수치해석 연구

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확장요약문

도심항공교통(Urban Air Mobility, UAM)의 상용화가 추진됨에 따라 소음 저감은 사회적 수용성 확보를 위한 주요 과제로 대두되고 있다. 특히 버티포트 이착륙 과정에서는 항공기에서 방사되는 소음뿐만 아니라 로터 후류와 지면의 상호작용 및 지면 반사에 따른 음향장 변화가 함께 발생하므로, 인프라 측면의 소음 저감 기술이 요구된다. 최근 다공성 흡음 구조체를 활용한 저소음 버티포트 설계가 고려되고 있으나, 일반적인 다공성 흡음재는 복잡하고 불규칙한 기공 형상으로 인해 기하학적 설계변수와 유동 및 음향 특성 간의 관계를 체계적으로 조절하는 데 어려움이 있다. 본 연구에서는 주기적이고 매개변수화 가능한 기하학적 특성을 갖는 Gyroid 삼중주기 최소곡면(Triply Periodic Minimal Surface, TPMS) 다공성 구조체를 대상으로, 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)과 Johnson-Champoux-Allard(JCA) 등가유체 모델을 연계하여 유효 음향물성과 흡음 특성을 예측하였다. STAR-CCM+를 이용한 단위셀 내부 유동해석으로 압력강하와 겉보기 유속을 산출하고, Darcy 법칙에 기반한 유동저항 특성을 평가하였다. 산출된 유동 특성과 기하학적 특성인자를 JCA 모델에 적용하여 점성 및 열적 손실을 반영하고, 유한요소법 기반 주파수 영역 음향해석을 통해 수직입사 흡음계수를 예측하였다. 최종적으로 격자 볼츠만 방법(Lattice Boltzmann Method, LBM) 기반 PowerFLOW를 활용하여 로터–버티포트 간 공력·음향 상호작용과 소음 저감 효과를 정량적으로 평가하고자 한다.