특정 고도를 기준으로 설계된 로켓 노즐은 엔진 시작점 혹은 지상 연소 시험 때와 같이 설계 고도보다 낮은 고도에서는 과팽창 상태가 된다. 과팽창 상태의 노즐은 내부에 발생한 충격파로 인해 내부 유동의 박리가 발생하게 된다. 노즐 내부의 유동 박리 영역은 노즐 축에 대해 비대칭적으로 발생할 수 있는데, 이는 측면 하중을 발생시키는 요인이 된다. 측면 하중으로 인해 노즐 구조물의 탄성 변형이 발생하고 이는 노즐 내부의 유동 박리 영역의 비대칭성을 더욱 크게 만들어 더욱 큰 측면하중을 야기한다. 노즐의 측면 하중으로 인해 노즐 지상 연소 실험 시 노즐이 파손되는 선행 사례들 통해서도 알 수 있듯이, 성공적인 로켓의 임무 수행에 있어서 측면하중에 대한 정확한 예측이 매우 중요하며 이를 위해서는 유체-구조 연동해석이 필수적이다. 이러한 이유로 본 연구에서는 다음과 같은 목표를 가지고 연구를 수행하고자 한다.

∙과팽창 노즐 내부 유동에 대한 비정상 고정밀 해석 특정 고도를 기준으로 설계된 로켓 노즐은 엔진 시작점 혹은 지상 연소 시험 때와 같이 설계 고도보다 낮은 고도에서는 과팽창 상태가 된다. 과팽창 상태의 노즐은 내부에 발생한 충격파로 인해 내부 유동의 박리가 발생하게 된다. 노즐 내부의 유동 박리 영역은 노즐 축에 대해 비대칭적으로 발생할 수 있는데, 이는 측면 하중을 발생시키는 요인이 된다. 측면 하중으로 인해 노즐 구조물의 탄성 변형이 발생하고 이는 노즐 내부의 유동 박리 영역의 비대칭성을 더욱 크게 만들어 더욱 큰 측면하중을 야기한다. 노즐의 측면 하중으로 인해 노즐 지상 연소 실험 시 노즐이 파손되는 선행 사례들 통해서도 알 수 있듯이, 성공적인 로켓의 임무 수행에 있어서 측면하중에 대한 정확한 예측이 매우 중요하며 이를 위해서는 유체-구조 연동해석이 필수적이다. 이러한 이유로 본 연구에서는 다음과 같은 목표를 가지고 연구를 수행하고자 한다.

∙과팽창 노즐 내부 유동에 대한 비정상 고정밀 해석 

∙과팽창 노즐에 걸리는 하중에 대한 고정밀 구조 해석 

∙과팽창 노즐의 측면하중에 의한 노즐 변형과 내부 유동 변화의 상호 간섭을 해석할 수 있는 유체-구조 연동(FSI)해석 소프트웨어 개발

∙개발된 FSI해석 소프트웨어를 이용한 과팽창 노즐 측면하중 해석