부산대학교(총장 차정인)는 기계공학부 박원규 교수 연구팀이 수중(水中)폭발 관련 연구로 미국 해군 산하 연구기관인 ONR(Office of Naval Research)의 글로벌 연구과제에 선정돼, 약 24만 달러(한화 약 3.2억 원)의 연구비 규모로 올해 9월부터 3년간 연구를 수행한다고 19일 밝혔다. 

‘ONR(Office of Naval Research)’은 미 해군 및 해병대 관련 국방 분야 과학기술 연구를 수행하는 기관으로, 국제적으로 우수한 국방 분야 기술을 가진 연구자를 선정·지원해 미 해군과의 국제연구 협력관계를 구축해 오고 있다. 해당 분야의 국제적 우수성을 인정받아야 ONR 연구과제로 선정될 수 있다.

▲ 잠수함 근처 수중 폭발(출처 미해군)/부산대 제공  © 김중건

부산대의 연구 내용은 수중무기에 의한 수중폭발 시 동반되는 버블의 성장 및 붕괴 현상을 해석하기 위한 전산프로그램을 개발하는 것이다.

이를 통해 개발되는 전산해석 기술은 수중폭발 문제뿐만 아니라, 터보/유체기계, 프로펠러, 공동(cavitation)에 의한 부식, 초음파집속술(HIFU), 바늘 없는 주사기, 약물전달 등의 의공학, 살균 및 수질개선 등의 다양한 분야로 응용이 가능하다.

기존의 수중 버블붕괴 현상에 대한 해석은 일정 수준의 압력과 온도 조건에서 상(相, phase)변화 현상을 모델링하는 것이었다. 그러나, 실제적으로 버블이 붕괴되는 시점에서는 아주 짧은 시간(~초) 동안이지만 태양보다 높은 온도에서 1000기압 이상의 엄청난 압력상태에서 붕괴한다. 때문에 이러한 극한상태의 버블붕괴 현상을 제대로 해석하기 위해서는 초임계상태의 상변화 현상을 모델링할 수 있어야 한다.

▲ 수상함 근처 수중폭발(출처_미해군)/부산대  © 김중건

부산대는 국내외적으로 아직 시도된 적 없는 이러한 초임계상태의 상변화 현상을 제대로 모사할 수 있도록 하는 전산해석 프로그램 개발을 목표로, 버블붕괴가 정지된 유동에서 일어나는 현상이 아닌, 매우 실제적인 전단유동* 상황에서 일어나는 현상을 그대로 해석할 예정이다. 

* 전단유동(剪斷流動): 물체 근처의 유동을 일컫는 공학용어. 일반적으로 물체로부터 멀리 떨어질수록 유속이 빨라지므로 유체에 전단력(剪斷力)이 존재하는 유동을 의미함.

▲ 박원규 교수/부산대  © 김중건

연구 책임자인 박원규 부산대 기계공학부 교수는 “십여 년간 지속적으로 노력해 온 연구 분야에서 국제적으로 인정받아 매우 기쁘다”면서 “해당 기술이 우리나라의 수중무기 분야의 자주국방 연구에 조금이라도 도움이 되길 바라며, 나아가 의공학 등 민수(民需) 분야로의 응용이 확대돼 국내 관련 기술 발전에도 힘을 보탤 수 있도록 연구에 최선을 다하겠다”고 밝혔다. 

이번 연구는 향후 미국뿐만 아니라, 독일과도 국제공동연구로 진행될 예정이다. 박 교수는 후배 연구자들과 협력해 연구를 더욱 지속적으로 발전시켜 나갈 예정이라고 덧붙였다.