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본 연구에서는 우주선이 충분히 멀리 떨어진 목표 항성계를 향해 날아가는 상황을 상정하고, 가속을 위해 경로 도처에 존재하는 쌍성계를 스윙바이하는 시나리오를 설계하였다. 보다 구체적으로 이러한 방식의 스윙바이는, 진행하던 경로에서 벗어나 항성계 방향으로 이동하고 이후 Dyson slingshot으로 알려진 쌍성계 스윙바이를 수행하는 일련의 과정을 거쳐야 함을 제시하였고, 최적 화 문제를 구성하여 수치적으로 접근할 수 있도록 설계하였다. 이에 중력장이 없는 공간에서 우주선이 최소의 연료를 사용하며 속도를 전환하는 궤적을 제시하였다. 또한 Dyson slingshot의 궤적 결정을 위하여, 기존의 경사 하강법을 개선한 이산 경사 하강법을 고안하여 연료 절약량이 최대가 되는 궤적을 결정할 수 있는 방법을 제시하였다. 주제어: binary star system, dyson slingshot, swing-by, spacecraft flight dyanimcs, spacecraft acceleration, gradient descent
현존하는 스마트폰 등의 기기용 무선 충전 기술은 아직 유선에 비하면 턱없이 느리고 효율도 낮은 것으로 판단된다. 그래서 훨씬 빠른 무선 충전 기술을 탐구하고자 RLC 회로를 이용하여 무선 전력 공급을 재현해보고, 더욱 빠르고 효율적인 방법을 찾아본다. 주제어: WPT 시스템, 누설 자기선속, S-S 공진 토폴로지, S-P 공진 토폴로지, 공명진동수
비행 중에 계속해서 변화하는 받음각을 측정하기 위해 무선형 자이로센서를 RC 비행기에 부착하 고 자유류를 수평 방향으로 가정하여 받음각을 분석하였다. 또한 풍동 실험을 통해 얻어낸 양력 곡선 함수식에 받음각을 대입하여 시간에 따른 양력 계수 데이터를 얻었다. 이를 실제 비행 경로 와 비교하여 타당성을 검증하였다. 주제어: 받음각, 양력 계수, 양력 곡선, 자이로센서, 풍동 실험
비파괴검사는 초음파를 이용해서 물체를 파괴하지 않더라고 내부의 상태, 균열 여부를 알아낼 수 있는 검사 방법이다. 초음파를 송신하고 수신하는 회로를 직접 구성한 후 균열에 모습에 따른 수신한 초음파의 파형을 분석하여 1차원 상에서만 균열에 대한 모델링이 가능한 기존의 비파괴검사 의 한계를 극복한 검사 방법을 고안하였다. 주제어: 초음파, 비파괴검사, FFT, 회절, MATLAB
기술이 빠른 속도로 발전하는 지금의 시대에서 정보를 인식하고 분석하는 기술은 날이 갈수록 더욱 중요해지고 있다. 정보를 인식하는 신호 장치중에서 대표적으로 ‘센서’를 들 수 있는데, 우리 는 이 ‘센서’라는 장치를 기존의 센서와 다르게 설계하는 방법과 그 새로운 센서가 갖는 특성에 대해 연구해보고자 하였다. 또, 우리의 설계를 바탕으로 제작한 몇 개의 센서를 기존의 센서, 혹은 정해진 값과 유사한 측정값을 낼 수 있는지 확인하는 것을 목적으로 연구를 진행하였으며, 이렇게 설계한 센서가 기존의 센서에 비해 어떠한 장점을 가질 수 있는지, 한계점은 무엇인지 분석 해볼 것이다. 주제어: 물리량, 센서, 측정, 전자기학, 역학
초고에너지 우주선(Ultra-High Energy Cosmic Ray, 이하 UHECR)은 우주에서 가장 에너지가 넘치는 입자로, 그 기원은 발견 이후 한 세기 동안 여전히 수수께끼로 남아 있다. 그들은 우주 공간에서 물질의 근원, 에너지, 공간, 시간에 대한 통찰력을 제공하는 우리 은하 저 너머에서 오는 편지와도 같다. 우주를 거의 광속으로 날아가는 아원자 입자인 초고에너지 우주선은 매우 드물기 때문에 1년 또는 1세기에 평방 킬로미터당 최대 1개의 입자 비율로 지구 대기를 입사한다. 이렇게 입사한 입자는 지구 대기분자와 상호작용하고 에너지를 전달하여 새로운 입자가 흩뿌려지 는 에어샤워(Air Shower) 현상을 일으킨다. 에어샤워(Air Shower) 현상은 전리층의 구성, 에어 로졸의 형성에 영향을 주며, 에어로졸이 기상현상에 미치는 영향은 현대 기상예측모델로도 예측하기 어려우므로, 에어로졸과 2차 우주선 입자 조성비율의 상관관계를 아는 것은 기상학을 포함한 대기과학의 이해를 한층 더 높여줄 것이다. 주제어: 2차 우주선, 조성비율, 에어로졸, Geant4, 알고리즘
최근 환경 및 소음 문제가 대두되며 선박 추진에 있어 자기유체역학(Magnetohydrodynamic, MHD) 추진방식이 각광받고 있다. 해수의 전해질을 이용해 로렌츠 힘으로 선박을 추진시키는 이 방식은 친환경적이며 소음이 적다는 큰 장점이 있지만, 이에 반해 아직까지 효율 향상에 관한 연구는 미비하여 상용화가 어려운 단계에 머물러 있다. 본 연구에서는 이론적, 실험적으로 MHD 추진의 최대 효율 조건을 탐색하고자 하였다. 추진체의 효율은 전압, 자석 간 거리, 추진체 배열 방식 등에 영향을 받으며, 실험을 통해 변인 조건의 차등에 따른 추진 유속을 측정하였다. 추진 효율은 전압에 비례하며 자석 간 거리의 경우 최대 효율을 가지는 최적값이 존재함을 알아내었 고, 정량적인 식을 통해 실험의 결과를 해석할 수 있었다. 나아가 여러 개의 추진체를 기둥 형태로 배열한 추진 모듈을 제작하여 최적의 효율을 가지는 모듈의 구조를 탐색중에 있다. 본 연구를 통해 MHD 추진의 다양한 특성을 분석하고 효율적인 구조를 도출하여 추후 상용화 연구의 발판 이 될 수 있을 것이라 생각한다. 주제어: 자기유체역학, 추진체, 추진효율
광부양 효과는 물체에 빛을 비출 때, 기체 분자의 운동으로 인해 물체에 알짜힘이 생기는 것을 말한다. 빛 흡수율이 높은 물질이 빛을 받으면 열을 방출하여 기체가 움직이게 하는 것이다. 이에 관한 실험을 하기 위해 감압 용기 제작, CNT 필름 제작등을 하였다. 뿐만 아니라 감압 용기에 정사각형 모양으로 각변에 각각 LED 2개를 붙여주었다. 실험을 두개로 나누어 각각 CNT 필름 모양과 각 LED빛의 세기에 따른 실험으로 나누었다. 이때 CNT 필름 모양은 정사각형, 정삼각형, 원으로 하였다. 실험을 하면서 필름이 뜨기도 전에 열에 의해서 녹아버리는 일이 있어서 차후 에 보완할 수 있는 방법이 필요하다. 주제어: 탄소 나노튜브, LED, 마일러, 중간권, 광부양 (5개 이내)
안전성이 높은 건축물을 건설하기 위해서 알맞은 건축 구조와 자재를 선택하여 시공해야 한다. 하지만 모든 물체는 고유 진동수가 있고 외부 진동수가 고유 진동수와 비슷하면 공진현상이 나타나 건물이 파손될 가능성이 있다. 고유 진동수는 물체의 구조 및 재질 등에 따라 다르므로 실험 을 통해 해당 변인 간의 관계를 파악하고자 한다. 이를 통해 건축물의 고유 진동수를 해당 지역 의 바람, 지진 등 지역에 따른 특성에 맞추어 건설함으로써 안정성을 높일 수 있다. 해당 실험은 외부 진동수를 1~5Hz 사이에서 높이 140cm의 건축물 모형의 진폭을 측정한다. 실험 결과 2Hz 에서 가장 크게 진동하는 현상을 관찰할 수 있었고 이후 건축물 모형의 무게 중심에 따라 고유 진동수가 어떻게 달라지는지 분석하고자 한다. 주제어: 고유 진동수, 건축 구조, 무게 중심, 공진 현상, 보강간섭, 진폭
물리 실험으로 탐구했던 모래 진자를 이용한 Lissajous 도형 관측에서 문제점이 되었던 모래 진자의 모래가 빠져나감으로써 질량이 감소, 이로 인해 무게중심이 내려가면서 이론적인 실의 길이가 길어져 진자 운동의 주기가 늘어남. 이로 인해 공기저항 영향이 커져 진폭이 감소함으로 이론 적인 Lissajous 도형이 점진적으로 작아지는 경향을 보였음. 이를 해결하고자 레이저를 사용하여 통제 변인인 질량 감소를 배제하여 더 완벽한 Lissajous 도형을 구현하고자 연구를 진행하였다. 주제어: 레이저, 진자, 단조화, 리사주, 각진동수
마그누스 효과는 기초적인 유체역학 원리임에도 여러 모형에 대한 힘이 정리된 자료가 없어 이런 자료의 부족을 보완할 목적으로 실험이 계획하였다. 본 연구는 풍동장치를 이용하여 유체 속에서 각기둥이 회전할 때 발생하는 마그누스 힘을 측정하는 실험을 진행했다. 3D프린터를 이용하여 삼각, 사각, 오각, 육각, 팔각, 십이각기둥 모양의 모델을 출력, 베어링을 이용하여 회전할 수 있게 하는 고정 장치를 출력했다. 그 결과 삼각기둥일 때 가장 큰 마그누스 힘이 발생, 육각기둥일 때 힘이 최소, 이후 각이 증가함에 따라 힘이 증가하는 것을 알 수 있었다. 본 실험에서 가능한 변수들을 최소화하기 위해 노력했으나 측정 장치의 흔들림을 확실히 제어할 방법이 고안된다면 더욱 의미 있는 값을 산출할 수 있을 것으로 기대된다. 주제어: 마그누스 효과, 풍동 실험
본 연구는 편광 필름을 이용하여 빛의 조도를 일정하게 조절할 수 있게 하는 모듈을 만드는 것을 목적으로 하며, 제작한 모듈과 불투명 필름을 통과하는 빛의 세기를 비교하는 실험을 진행해 성능을 측정하였다. 본 연구를 통해 편광 필름이 빛의 조도를 조절하는 데에 쓰일 수 있고, 편광 필름 모듈을 사용하는 것이 여러 반투명 필름들보다 빛의 조도를 일정하게 조절하는 데에 효과적 이라는 결론을 얻었다. 본 연구를 자동차 유리나 비닐하우스 외벽 등의 장소에 적용하여 편리함과 효율 증대의 효과를 기대할 수 있을 것이다. 주제어: 편광 필름, 투과도, 빛의 투과