KR101901094B1 - 초고온용 전파흡수 복합시트 및 이를 포함하는 제품 - Google Patents

초고온용 전파흡수 복합시트 및 이를 포함하는 제품 Download PDF

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백상민
이원준
김윤재
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은, 초고온용 전파흡수 복합시트 및 이를 포함하는 제품에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 반사층; 및 상기 반사층 상에 형성된 전파 흡수체층;을 포함하고, 상기 전파 흡수체층은, 단일 또는 복수개의 저전도성 재료층, 유전손실 재료층 또는 이 둘; 을 포함하는 전자기 조절층; 및 상기 전자기 조절층의 적어도 일면에 형성된 단일 또는 복수개의 고온용 재료층;을 포함하고, 상기 고온용 재료층은 SiC 섬유를 포함하는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트 및 이를 포함하는 제품에 관한 것이다.

Description

초고온용 전파흡수 복합시트 및 이를 포함하는 제품{RADAR ABSORBING COMPOSITE SHEET FOR HIGH TEMPERATURE AND ARTICLES COMPRISING THE SAME}
본 발명은, 초고온용 전파흡수 복합시트 및 이를 포함하는 제품에 관한 것이다.
미래의 무기체계로써 초고속 항공기가 많은 주목을 받고 있고, 항공기가 초고속으로 비행하게 되면 주요 항공기 부재는 공력 가열 현상으로 인하여, 약 1200 ℃ 이상의 환경에 노출된다. 그리고 엔진에서 발생되는 연소작용에 의해 후방 노즐 구조 또한 약 1200 ℃ 이상의 초고온 환경에 노출되고, 이는 전파흡수재료의 성능 및 상실을 일으킬 수 있다.
예를 들어, 항공기나 미사일, 함정 등과 같은 스텔스 무기체계는 외부에서 입사하는 전자기파를 흡수할 수 있는 전파흡수재료를 도전체 표면에 일정한 두께로 도포하여 고성능의 저피탐 성능을 구현한다. 도포된 전파흡수재료는 운용 시 외부 환경에 의해 삭마되어, 주기적으로 유지보수를 통해 일정한 상태로 만들어 주어야 한다는 단점이 있다. 특히 고온 환경에 노출될 경우 재료의 상실로 인하여, 전파흡수성능이 급격히 저하되어 무기체계의 생존성을 저해하는 요인이 될 수 있다.
공기와 같은 비행을 목적으로 한 구조물은 공기역학적 특성을 반영하여 특정 곡면 형상을 갖기 마련이며, 크게 리딩 에지(leading edge), 스킨(skin), 트라일링 에지(trailing edge)의 파트로 구분되고, 각 파트는 구조적 성능을 위해 금속재료, 탄소섬유 복합재료(CFRP) 등으로 제작되며, 이들은 전자기파를 반사시키는 도전체의 특징을 가지고 있다. 그리고 전체 구조의 강성 강도를 위해 내부에 날개보(spar)가 장착되어 변형을 억제한다. 각 파트간의 결합은 보통 금속 체결류(metal fastener)로 단단히 고정되며 각 파트에 제작/조립성 등의 사항으로 인해 각 파트간 벌어진 틈(gap)이 존재하게 되지만, 금속 체결류 및 파트간 간극은 입사하는 전자기파를 난반사시키는 역할을 하게 되어 RCS(레이더 반사 면적)가 증가하는 요인이 된다.
기존의 전파흡수재료 적용 방식으로는 초고속 항공기 운용이나 비행체의 후방영역에 대하여 적의 탐지망에 효과적으로 대응할 수 없기 때문에 초고온에 대응할 수 있는 새로운 전파흡수재료 및 이의 적용 방법에 대한 요구가 높아지고 있다.
초고온 환경 하에서 전파흡수성능의 높은 신뢰성 및 구조적 안정성을 갖는, 초고온용 전파흡수 복합시트 및 이를 포함하는 제품을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따라, 반사층; 및 상기 반사층 상에 형성된 전파 흡수체층; 을 포함하고, 상기 전파 흡수체층은, 단일 또는 복수개의 저전도성 재료층, 유전손실 재료층 또는 이 둘; 을 포함하는 전자기 조절층; 및 상기 전자기 조절층의 적어도 일면에 형성된 단일 또는 복수개의 고온용 재료층;을 포함하고, 상기 고온용 재료층은 SiC 섬유를 포함하는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트에 관한 것이다.
일 실시예에 따라, 상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 상기 반사층; 상기 반사층에 형성된 제1 고온용 재료층; 상기 제1 고온용 재료층 상에 형성된 상기 전자기 조절층; 및 상기 전자기 조절층 상에 형성된 제2 고온용 재료층; 을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 상기 반사층; 상기 반사층 상에 형성된 전자기 조절층; 및 상기 전자기 조절층 상에 형성된 고온용 재료층; 을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전자기 조절층은, 단일 또는 복수개의 저전도성 재료층, 유전손실 재료층, 또는 이 둘이 서로 교차하여 적층된 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전자기 조절층은, 유전손실 재료층; 및 상기 유전손실 재료층 상에 형성된 저전도성 재료층;을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 SiC 섬유는, SiC; 및 산화금속, 탄소계 파우더 및 이 둘;을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전자기 조절층은, 박막 필름; 시트; 및 코팅, 증착, 도금 및 전착 중 적어도 하나의 방법으로 형성된 박막 필름 및 패턴층 중 적어도 하나;를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 패턴층은, 랜덤 또는 규칙적인 패턴을 갖고, 상기 패턴은, 원, 메쉬 및 다각형 중 적어도 하나의 형태를 갖는 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전자기 조절층은, 횡 방향, 축 방향 또는 이 둘에 따라, 유전율, 전도성 또는 이 둘에 대한 기울기를 갖는 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 다중대역 주파수 또는 단일 대역 주파수의 흡수 영역을 갖는 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전자기 조절층은, 상기 고온용 재료층과 동일하거나 또는 상이한 두께를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전파흡수 복합시트를 포함하는, 위성, 비행체 또는 탑재체인 제품에 관한 것이다.
일 실시예에 따라, 상기 전파흡수 복합시트는, 상기 제품의 외면, 내면 또는 이 둘의 적어도 일부분 또는 전체에 결합된 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전파흡수 복합시트는, 상기 제품의 외형에 따라 일체형으로 성형 및 가공되어 상기 제품에 결합된 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전파흡수 복합시트는, 단일 또는 복수개로 상기 제품에 결합되고, 상기 복수개의 전파흡수 복합시트는, 서로 간에 지그재그 형태 또는 핀(pin) 형태로 맞물려 연결된 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전파흡수 복합시트는, 상기 제품의 외부 표면, 체결류 및 부품 간의 간극을 덮는 것일 수 있다.
일 실시예에 따라, 본 발명은, 외부 운용환경에 따른 벗겨짐 등과 같은 재료의 손상 및 손실을 방지하고, 초고온 환경하에서도 전파흡수성능이 작동될 수 있는 초고온용 전파흡수 복합시트를 제공할 수 있다. 또한, 상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 비행체 등의 전파흡수성능을 유지보수하는 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있다.
일 실시예에 따라, 본 발명은, 도전성 표면 상에 부착 및 결합이 용이하고, 우수한 전파흡수성능을 구현할 수 있는 초고온용 전파흡수 복합시트를 제공할 수 있다. 또한, 상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 교체가 필요할 경우에 간단한 공정으로 탈부착이 가능하다.
도 1은, 일 실시예에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트의 구조를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 일 실시예에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트의 구조를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 일 실시예에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트의 구조를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 일 실시예에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트가 적용된 비행체의 날개단면(Wing-section)을 간략하게 나타낸 것이다.
도 5는, 일 실시예에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트가 적용된 비행체의 엔진 노즐 벽면을 간략하게 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b는, 실시예 1에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트의 전파흡수 성능의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 7a 및 도 7b는, 실시예 2에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트의 전파흡수 성능의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 8a 및 도 8b는, 실시예 3에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트의 전파흡수 성능의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
일 실시예에 따라, 초고온용 전파흡수 복합시트를 제공하는 것으로, 상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 고온용 소재를 적용하여 초고온 환경에서 전파흡수성능이 안정적으로 작동하고, 복합시트의 구조적 손상 및 상실을 방지할 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 1을 참조하여 설명하며, 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트의 구조를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 1에서 상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 반사층(100); 및 전파 흡수체층(200);을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 반사층(100)은, 완전 전기도체(Perfect Electric Conductor, PEC)이며, 상기 전파흡수 복합시트의 배면에 위치하여 전파 흡수체층(200)을 통하여 투과된 전자기파를 완전하게 차단/반사시켜 전파 흡수체층(200) 내에 감쇠시킬 수 있다.
반사층(100)은, 완전 전기도체에 적용 가능한 것이라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 금속, 전도성이 높은 탄소섬유강화복합재료(CFRP; Carbon Fiber Reinforced Plastic), 저전도성을 띄는 유전특성 복합재(GFRP; Glass fiber Reinforced Plastic); 유리섬유강화복합재료, 아라미드 섬유 등등)에 금속, 인-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide) 등의 전도성 나노입자 등이 코팅된 재료 또는 이들의 혼합일 수 있다.
반사층(100)은, 금속호일, 박막 필름; 시트; 및 코팅, 증착, 도금 및 전착 중 적어도 하나의 방법으로 형성된 박막 필름 및 패턴층; 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반사층(100)의 두께는, 반사층 재료의 특성, 대응주파수 등에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 0.1 ㎛ 이상; 1 ㎛ 이상; 3 ㎛ 이상 또는 10 ㎛ 이상일 수 있다. 구체적으로, 대응주파수 파장을 고려한 skin depth 이상의 금속층 두께를 설계할 수 있으며, 구체적으로, 10 GHz 대역에서는 알루미늄 기준으로 0.85 ㎛ 이상이고, 더 낮은 주파수 영역에 대응하고자 한다면 이보다 높은 두께가 형성될 수 있다. 상기 skin depth은, 아래의 관계식으로 계산될 수 있다.
Skin depth=(2*resistivity/(2*pi*frequency*permeability))^0.5
일 실시예에 따라, 전파 흡수체층(200)은, 반사층(100) 상에 형성되고, 전파흡수 성능을 구현하기 위해서 유전율, 투자율, 도전율 등과 같은 일정 수준의 전자기유효물성을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 전파 흡수체층(200)은, 복수개의 재료로 이루어진 복합물(층)을 적용하여 원하는 주파수 대역에서 전파흡수 성능을 구현할 수 있다. 또한, 초고온 환경에서 전파흡수성능이 작동이 가능하도록 고온용 재료가 적용되어 전파 흡수체층(200)을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 상기 고온용 재료는 전파흡수성능을 위한 전자기유효물성을 가질 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2 및 도 3은, 일 실시예에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트의 구성을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 2 및 도 3에서 전파 흡수체층(200)은, 고온용 재료층(210) 및 전자기 조절층(220); 을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 고온용 재료층(210)은, 전자기 조절층(220)의 적어도 일면에 형성되고, 단일 또는 복수개로 형성될 수 있다. 즉, 고온용 재료층(210)은, 전자기 조절층(220)의 최외각 층의 일면 또는 전자기 조절층(220)의 양면에 형성되어 전자기 조절층(220)을 둘러싸고, 초고온 환경의 노출 시 전파흡수성능의 저하 및 전자기 조절층의 재료 손실을 방지하여 전파흡수체의 성능 및 구조적 신뢰성을 확보할 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3에서 반사층(100); 반사층(100)에 형성된 제1 고온용 재료층(210); 제1 고온용 재료층(210) 상에 형성된 전자기 조절층(220); 및 전자기 조절층(220) 상에 형성된 제2 고온용 재료층(210'); 을 포함할 수 있다. 또한, 반사층(100); 반사층(100) 상에 형성된 전자기 조절층(220); 및 전자기 조절층(220) 상에 형성된 고온용 재료층(210)을 포함할 수 있다.
고온용 재료층(210)은, 내열성 및 내산화성이 우수한 SiC 섬유를 포함하고, SiC 섬유 단독, 또는 SiC 섬유; 및 금속, 산화금속 및 탄소계 파우더 중 적어도 하나;를 포함하는 복합체를 포함하는 고온용 소재를 포함할 수 있다. 상기 SiC 섬유는 고온용 소재이면서 강도가 좋아 구조재의 기능을 가지므로, 운용 환경, 외부 환경 등에 의한 전파흡수 복합시트의 손실 등을 방지할 수 있다. 또한, 상기 SiC 섬유에 금속 및 탄소계 파우더를 첨가하여 고온용 재료층(210)의 전자기유효물성, 예를 들어, 전자기 손실 특성이 조절될 수 있다.
상기 산화금속은, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 철(Fe), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 망간(Mn), 니켈(Ni) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
상기 탄소계 파우더는, 카본블랙, 흑연, 그래핀, 탄소 및 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
고온용 재료층(210)은, 박막 필름; 시트; 및 코팅, 증착, 도금 및 전착 중 적어도 하나의 방법으로 형성된 박막 필름 및 패턴층 중 적어도 하나;를 포함할 수 있고, 상기 패턴층은 하기에 언급한다.
고온용 재료층(210)의 두께는, 적용 대상의 운용 환경, 외부 환경 등에 따라 안정적인 전파흡수성능의 유지 및 재료의 손실을 방지하기 위해서 적절하게 선택될 수 있으며, 고온환경에 노출되거나 구조재의 기능이 증가될 경우에 고온용 재료층의 두께는 증가될 수 있다.
고온용 재료층(210)의 유전 상수(ε)는, 재료, 두께, 대응주파수 범위 등에 따라 조절될 수 있으며, 예를 들어, 2 이상; 4 이상; 6 이상; 4 내지 20; 4 내지 6; 또는 8 내지 9의 실수항일 수 있다. 구체적으로, 순수한 SiC 섬유인 경우에 유전상수 실수항은 4 내지 6이고, 금속 및 탄소계 파우더를 포함할 경우에 첨가가량에 따라 증가될 수 있고, 즉, 8 내지 9일 수 있다.
고온용 재료층(210)이 복수개로 적용될 경우에, 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 이는, 두께, 성분, 치수, 전자기유효물성 등이 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
일 실시예에 따라, 전자기 조절층(220)은, 전자기유효물성을 가진 재료를 포함하고, 목표주파수에 따라 면저항, 유전율, 두께, 성분, 치수 등을 조절하여 초고온용 전파흡수 복합시트의 전파흡수성능을 설계할 수 있다. 예를 들어, 전자기 조절층(220)은, 단일 또는 복수개의 저전도성 재료층(Low conductive material layer, 221), 유전손실 재료층(Electromagnetic lossy material layer, 222) 또는 이 둘; 등을 포함할 수 있으며, 각 층은, 동일하거나 또는 상이하고, 이는 두께, 성분, 치수, 전자기유효물성 등이 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 즉, 전자기 조절층(220)은, 각 층의 전자기유효물성 및/또는 두께를 변경하여 다양한 방식으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에서 저전도성 재료층(221) 및 유전손실 재료층(222) 이 각각 단일 또는 복수개로 구성되거나 또는 유전손실 재료층(222) 상에 저전도성 재료층(221)이 형성될 수 있다.
전자기 조절층(220)은, 박막 필름; 시트; 및 코팅, 증착, 도금 및 전착 중 적어도 하나의 방법으로 형성된 박막 필름 및 패턴층; 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 상기 패턴층을 삽입하여 더 얇은 두께의 층을 형성할 수 있고, 전자기특성의 조절이 용이하여 목표주파수 영역의 전파흡수성능을 달성하는데 유리할 수 있다. 예를 들어, 저전도성 재료층(221), 유전손실 재료층(222) 또는 이 둘이 패턴층을 형성할 수 있고, 반사층(100), 고온용 재료층(210), 저전도성 재료층(221) 및 유전손실 재료층(222) 중 적어도 하나 상에 전자기 조절층(210)을 구성하는 재료의 패턴층이 형성될 수 있다. 또한, 상기 패턴층 상에 전자기 조절층(210)의 각 층이 단일 또는 복수개로 더 적층될 수 있다.
도 2 및 도 3에서 고온용 재료층(210) 상에 저전도성 재료의 패턴층(221')이 형성되고, 저전도성 재료층(221) 상에 저전도성 재료의 패턴층(221')이 형성되고, 유전손실 재료층(222) 상에 저전도성 재료의 패턴층(221')이 형성될 수 있다.
상기 패턴층은 직선, 곡석, 격자, 메쉬 등의 선 형태, 원, 타원형, 다각형, 도트 등의 다양한 형태가 일정한 주기를 갖도록 규칙적 또는 랜덤하게 패턴을 구성할 수 있고, 각 패턴의 성분, 두께 등은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, 십자가 형태(cross), 원형(circle), 예루살렘(Jerusalem cross) 또는 비대칭형상을 갖는 삼각형(triangle) 등일 수 있다. 상기 패턴층은, 패턴들 간에 일정하거나 또는 랜덤한 간격으로 배열되고, 상기 간격은, 상기 패턴층을 덮는 상부층의 형성 시 간극(gap)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 패턴층의 두께는 수 ㎛에서 수백 ㎛ 범위 내에서 형성될 수 있고, 예를 들어, 10 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.
전자기 조절층(220)은, 횡 방향, 축 방향 또는 이 둘에 따라, 유전율, 전도성 또는 이 둘에 대한 기울기를 갖는 것일 수 있으며, 이는 원하는 주파수 대역에서 전파흡수 성능을 구현할 수 있다. 즉, 면저항 등과 같은 전자기유효물성, 두께, 성분 등을 조절하여 유전율, 전도성 또는 이 둘에 대한 기울기를 형성할 수 있으며, 바람직하게는 상기 패턴층의 형성 시 위치에 따라 패턴의 두께, 성분, 배열 방식 등의 조절에 의해 기울기를 형성할 수 있다.
저전도성 재료층(221)은, 면저항을 조절하기 위해 적절한 성분을 선택할 수 있으며, 예를 들어, 은 파우더와 CNT 및/또는 카본 블랙이 혼합된 조성물(잉크, 페이트스, 코팅액 등)을 포함할 수 있다.
유전손실 재료층(222)은, 물질의 유전상수 값을 고려해서 적절한 유전손실을 조절할 수 있으며, 예를 들어, 유리 섬유 상에 CNT, 금속(또는, 분말) 또는 이 둘이 함침, 코팅, 도금 및 전착된 복합재 등을 포함할 수 있다.
저전도성 재료층(221) 및 유전손실 재료층(222)은, 동일하거나 또는 상이한 두께를 포함할 수 있고, 원하는 면저항을 얻기 위해 적절하게 조절될 수 있다.
전자기 조절층(220)은, 고온용 재료층(221)과 동일하거나 또는 상이한 두께를 포함할 수 있다.
상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 다양한 주파수 영역에서 전파흡수성능을 나타낼 수 있고, 예를 들어, 2 (GHz) 이상; 또는 2 (GHz) 내지 20 (GHz) 영역에서 전파흡수성능을 나타내고, 다중대역 주파수 또는 단일 대역 주파수의 흡수 영역에서 전파흡수성능을 나타낼 수 있다.
상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 적용 대상에 따라 다양한 형태로 성형 및/또는 가공될 수 있다. 즉, 적용 대상의 외부 표면, 형상, 기능 및 작동 성능(예를 들어, 비행체의 공력 특성 등) 등에 변형 또는 영향을 미치지 않도록 적용 대상에 부착될 수 있다. 예를 들어, 적용 대상에 탈부착 가능한 형태로 성형 및/또는 가공되거나 또는 적용 대상과 일체형 구조재로 성형되어 결합되므로, 하중 지지 역할과 전파흡수 성능을 동시에 수행하는 전파흡수구조(RAS, Radar Absorbing Structure)의 기능을 나타낼 수 있다.
상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 적용 대상의 형태 및 각 부위의 전자기적 특성 등을 고려해서 전자기적으로 급격하게 변하지 않도록 초고온용 전파흡수 복합시트의 두께, 전자기유효물성 등의 기울기를 갖도록 설계되어 제조되거나 또는 기울기를 갖도록 적용 대상에 부착 및/또는 결합될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 초고온용 전파흡수 복합시트를 포함하는 제품에 관한 것으로, 상기 제품은, 스텔스 기능이 필요한 것이라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 함정, 위성, 항공기, 미사일 등의 비행체 또는 탑재체일 수 있다.
상기 제품은, 상기 제품의 외면, 내면 또는 이 둘의 적어도 일부분 또는 전체에 걸쳐 상기 전파흡수 복합시트가 부착 및/또는 결합되고, 상기 전파흡수 복합시트는, 단일 또는 복수개로 상기 제품에 결합될 수 있다. 예를 들어, 비행체의 날개, 비행체의 전면에 위치한 노즈콘(nose-cone)/엔진 노즐 및 주변부위 등일 수 있다.
상기 제품에서 상기 전파흡수 복합시트는, 상기 제품의 외부 표면, 체결류 및 부품 간의 간극을 덮는 방식으로 적용되고, 상기 전파흡수 복합시트는, 두께 및 전자기유효물성에 대한 기울기를 갖도록 배치되어 부착 및/또는 결합될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 전파흡수 복합시트의 결합 시 상기 초고온용 전파흡수 복합시트의 내부층이 끝단으로 노출되지 않고, 이들의 결합 부위는 전자기적 특성이 급변하는 것을 방지하기 위해서 두께 및 전자기유효물성에 대한 기울기를 갖도록 설계될 수 있다.
상기 제품에서 상기 초고온용 전파흡수 복합시트가 적용되는 부위는 도전성 재료(금속 또는 CFRP)로 이루어진 구조물의 표면 또는 구조물을 이루는 체결류 및 부품간의 간극 등일 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 도 4는, 일 실시예에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트가 적용된 비행체의 날개단면(Wing-section)을 간략하게 나타낸 것으로, 상기 도 4에서 상기 전파흡수 복합시트는, 비행체의 공기역학적 특성에 맞게 곡면형으로 일체성형 구조체로 형성되고, 상기 비행체의 외면과 본딩(bonding)으로 접합할 수 있다. 앞면 파트는 RCS 증가요인이 되는 금속 체결류와 기존구조에서 존재하는 간극을 덮어씌우는 방식으로 전파흡수 복합시트가 적용되며, 즉, 상기 간극 사이에 전도성 재료를 메꾸어 넣고 상기 일체성형 구조체를 본딩으로 접합할 수 있다. 상기 제품의 RCS는 전자기파가 입사되는 방향에서 보이는 영역(Projected area)의 기여도가 가장 크므로, 전방의 앞면(front) 파트의 제1 구조물은 대상물의 최대 두께를 가진 위치(Max. thk. loc.)의 뒤쪽 영역까지 덮을 수 있다. 이는 외부의 불요전자기파가 입사하는 방향을 기준으로 보이는 영역(projected area) 뒤쪽에서 제1 구조물 및 후면(rear)파트의 제2 구조물의 결합 부위를 형성하여 안정적인 전파흡수성능을 작동하기 위한 것이다.
상기 일체성형 구조체는, 비행체의 크기를 고려해서 최소한의 개수로 제작되며, 도 4에서 제시한 바와 같이, 앞면 파트의 제1 구조물 및 후면 파트의 제2 구조물로 제작되고, 제1 구조물 및 제2 구조물은 본딩 결합으로 체결되고, 바람직하게는 제1 구조물 및 제2 구조물이 체결될 때, 이음(join) 형상은, 스카프 이음(scarf joint)일 수 있고, 제1 구조물 및 제2 구조물의 결합 영역은, 저피탐 성능 및 결합 특성을 위해서 서로 간에 지그재그 형태(∧∧∧) 또는 핀(pin) 형태로 맞물려 연결된 것일 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는, 일 실시예에 따른, 초고온용 전파흡수 복합시트가 적용된 비행체의 엔진 노즐 벽면을 간략하게 나타낸 것으로, 도 5에서 엔진 노즐은 원통형으로 이루어져 있고, 외부에서 입사하는 전자기파가 다중반사되어 항공기의 후방 RCS를 크게 증가시키는 요인이 되고, 엔진 바로 뒷부분의 노즐 내부 벽면은 엔진에서의 연료연소작용에 의해 매우 높은 온도에 노출되는 부위이다. 상기 전파흡수 복합시트는, 상기 엔진 노즐의 원통형으로 일체성형 구조체로 형성하여 적용되고, 고온환경에 노출된 엔진 노즐 벽 내부에서 전파흡수성능을 구현할 수 있다. 또한, 상기 전파흡수 복합시트는, 저피탐성능을 극대화하기 위해 끝단 부분을 날카롭게 처리되고, 고성능 스텔스 기능을 부여할 수 있다.
실시예 1
도 6에 나타낸 바와 같이, SiC 섬유를 활용한 초고온용 전파흡수 복합시트의 두께 및 면저항의 설계 변수에 따른 전파흡수 성능을 시뮬레이션하여 도 6에 나타내었다. 도 6을 살펴보면, 설계 변수 값에 따라 목표주파수에서 집중시킬수도 있으며(실선), 원하는 주파수 대역에서 광대역화시킬 수도 있다(점선). 광대역화되면 상대적으로 전체두께가 두꺼워지는 특징이 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 고온용 재료를 고려한 전파흡수 복합시트의 설계 시, 최 외곽면이 고온에 노출될 경우에, 재료의 열전달 계수 및 사용되는 또 다른 재료의 특성을 고려하여 두께 등이 결정되어야하고, 운용 중 환경을 고려하였을 때 t1 두께 이후 전달되는 열의 온도가 내부에 삽입된 저 전도성 시트의 운용 온도보다 낮은 것이 바람직하다.
실시예 2
도 7에 나타낸 바와 같이, 고온용 재료를 최외각에 배치되고, 가장 안쪽면에 반사판이 위치되고, 이들 사이에 유전손실 재료층이 다층 배치된 반사판/제1 유전손실 재료층/제2 유전손실 재료층/고온용 재료층으로 이루어진 초고온용 전파흡수 복합시트이며, 고온용 재료층 및 유전손실 재료층의 두께의 설계 변수에 따른 전파흡수 성능을 시뮬레이션하여 도 7 및 표 1에 나타내었다.
표 1에서 (*)는 저유전손실재료/저밀도 폼코어이고, (**)는 유리섬유 기재에 CNT를 함침한 유리 섬유 프리프레그인 고 유전손실재이며, (***)는 유리섬유 원 재료(유리 섬유 프리프레그)이다.
Case 1 Case 2
고온용 재료층두께(t1) 1.9 mm 1.0mm
제1 유전손실 재료층두께(t2) (*)
1.06 mm		 (**)
1.10 mm
제2 유전손실 재료층두께(t3) (**)
3.75 mm		 (***)
1.0 mm
표 1 및 도 7을 살펴보면, 유전손실 재료층의 구성 등에 따라 다중대역 주파수를 흡수할 수 있는 전파흡수 복합시트를 설계하고, 얇은 두께에서 단일 대역에 집중하는 전파흡수 복합시트를 설계할 수 있다. 즉, 이는 유전손실 재료층의 물성 및 적층 개수를 조절하여 적용대상의 운용 환경 및 목표하는 주파수대역을 고려하여 전파흡수 복합시트를 설계할 수 있음을 보여준다.
실시예 3
도 8에 나타낸 바와 같이, 저전도성 패턴층을 갖는 초고온용 전파흡수 복합시트를 구성한 것으로, 반사판/제1 고온용 소재층/저전도성 패턴층/제2 고온용 소재층을 갖는 전파흡수 복합시트(a) 및 반사판/유전손실 재료층/저전도성 패턴층/제2 고온용 소재층을 갖는 전파흡수 복합시트(b)이며, 상기 전파흡수 복합시트는, 외부 고온 환경에 대응하기 위해서 최외각에 일정두께 고온용 소재층을 형성하고, 배면층은 반사판으로 이루져 있다. 또한, 상기 패턴층은, 사각형 형상으로 주기성을 갖는 패턴층을 형성하고, 이러한 패턴에 의해서 저 전도성 패턴층과 상부의 고온용 소재층은 일정두께의 스페이서(spacer)를 형성한다. X-band(8~12 GHz)의 목표를 가지고 설계/시뮬레이션하여 도 8에 나타내었다.
도 8을 살펴보면, 패턴층의 삽입에 의해서 실시예 1 및 실시예 2에 비하여 더 얇은 두께에서 목표주파수 영역의 전파흡수능을 달성할 수 있다. 이는 패턴층의 적용에 의해서 광대역특성이 구현되도록 재료의 물성, 두께, 치수 등의 조절이 용이한 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 반사층; 및
    상기 반사층 상에 형성된 전자기 조절층; 및
    상기 전자기 조절층 상에 형성된 고온용 재료층;
    을 포함하고,
    상기 전자기 조절층은,
    단일 또는 복수개의 저전도성 재료층, 유전손실 재료층 또는 이 둘; 을 포함하고,
    상기 고온용 재료층은 SiC 섬유를 포함하는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초고온용 전파흡수 복합시트는,
    상기 반사층;
    상기 반사층에 형성된 제1 고온용 재료층;
    상기 제1 고온용 재료층 상에 형성된 상기 전자기 조절층; 및
    상기 전자기 조절층 상에 형성된 제2 고온용 재료층; 을 포함하는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 조절층은, 단일 또는 복수개의 저전도성 재료층, 유전손실 재료층, 또는 이 둘이 서로 교차하여 적층된 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 조절층은, 유전손실 재료층; 및 상기 유전손실 재료층 상에 형성된 저전도성 재료층;을 포함하는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고온용 재료층은, 산화금속 및 탄소계 파우더 중 적어도 하나를 더 포함하는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 조절층은, 박막 필름; 시트; 및 코팅, 증착, 도금 및 전착 중 적어도 하나의 방법으로 형성된 박막 필름 및 패턴층 중 적어도 하나;를 포함하는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 패턴층은, 랜덤 또는 규칙적인 패턴을 갖고,
    상기 패턴은, 원, 메쉬 및 다각형 중 적어도 하나의 형태를 갖는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 조절층은, 횡 방향, 축 방향 또는 이 둘에 따라, 유전율, 전도성 또는 이 둘에 대한 기울기를 갖는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 초고온용 전파흡수 복합시트는, 다중대역 주파수 또는 단일 대역 주파수의 흡수 영역을 갖는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 조절층은, 상기 고온용 재료층과 동일하거나 또는 상이한 두께를 포함하는 것인, 초고온용 전파흡수 복합시트.
  12. 제1항의 전파흡수 복합시트를 포함하는 비행 목적 구조물의 부품에 있어서,
    상기 부품은, 위성, 비행체 또는 탑재체에 적용되는 것인,
    비행 목적 구조물의 부품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 부품은, 상기 위성, 비행체 또는 탑재체의 외면, 내면 또는 이 둘의 적어도 일부분 또는 전체에 결합되는 것인, 비행 목적 구조물의 부품.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 부품은, 상기 위성, 비행체 또는 탑재체의 외형에 따라 일체형으로 성형 및 가공되어 상기 위성, 비행체 또는 탑재체에 결합되는 것인, 비행 목적 구조물의 부품.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 부품은, 단일 또는 복수개로 상기 위성, 비행체 또는 탑재체에 결합되고,
    상기 복수개의 부품은, 서로 간에 지그재그 형태 또는 핀(pin) 형태로 맞물려 연결되는 것인, 비행 목적 구조물의 부품.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 부품은, 상기 위성, 비행체 또는 탑재체의 외부 표면, 체결류 및 부품 간의 간극을 덮는 것인, 비행 목적 구조물의 부품.
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Cited By (5)

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KR20210142482A (ko) * 2020-05-18 2021-11-25 경상국립대학교산학협력단 스텔스 복합재 구조물에 대한 스카프 패치 수리 방법
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KR102621975B1 (ko) * 2023-06-22 2024-01-10 국방과학연구소 고온 전파흡수용 세라믹 복합체 및 그 제조방법

Cited By (9)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US11495889B2 (en) 2019-01-25 2022-11-08 Agency For Defense Development Method of controlling dielectric constant of composite material by micro pattern printing
KR102232193B1 (ko) * 2020-01-15 2021-03-26 경상국립대학교 산학협력단 낙뢰 보호 성능을 갖는 전자기파 흡수체 및 이의 제조 방법
KR20210142482A (ko) * 2020-05-18 2021-11-25 경상국립대학교산학협력단 스텔스 복합재 구조물에 대한 스카프 패치 수리 방법
WO2021235622A1 (ko) * 2020-05-18 2021-11-25 경상국립대학교산학협력단 스텔스 복합재 구조물에 대한 스카프 패치 수리 방법
KR102339072B1 (ko) * 2020-05-18 2021-12-15 경상국립대학교 산학협력단 스텔스 복합재 구조물에 대한 스카프 패치 수리 방법
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