KR102199557B1 - 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 및 이를 적용한 스텔스 구조물 - Google Patents

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Abstract

다양한 실시 예들은 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체에 관한 것으로, 금속이 코팅된 유전체 섬유의 전자기적 물성을 이용하여 광대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 전자기파 흡수체에 있어서, 상기 금속이 코팅된 유전체 섬유를 포함하는 재료로 육각형의 단위체가 연속적으로 배열되는 적어도 둘 이상의 허니컴 코어층; 및 상기 적어도 둘 이상의 허니컴 코어층의 상면과 하면에 배치되고, 바닥층 최상층 및 중간층을 포함하는 표피층을 포함할 수 있다. 그 밖의 다양한 실시 예들이 가능하다.

Description

허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 및 이를 적용한 스텔스 구조물{RADAR ABSORBING WITH HONEYCOMB SANDWICH STRUCTURE AND STEALTH STRUCTURE WITH THE SAME}
후술하는 다양한 실시 예들은 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 및 이를 적용한 날개 구조물에 관한 것이다.
현대전에서 다양한 무기 시스템의 생존성을 증가시키는데 필수적인 스텔스 기술은 크게 형상 설계 기술(shaping technology), 전자기파 흡수 물질(radar absorbing material, RAM), 전자기파 흡수 구조(radar absorbing structure, RAS) 등 3가지로 분류할 수 있다.
형상 설계 기술은 무기 시스템으로 입사되는 전자기파를 입사되는 방향이 아닌 다른 방향으로 산란시키는 기술로서 스텔스 기술의 기본이 되는 기술이지만 최근 레이더 기술의 발달로 인해 형상 설계 만으로 항공기의 생존성을 보장하는데 한계가 있다.
이를 극복하기 위해 무기 시스템의 구조 표면에 페인팅과 유사한 방식으로 적용되어 전자기파를 직접 흡수 할 수 있는 전자기파 흡수 물질이 개발되었으나, 내구성이 좋지 않아 주기적인 보수가 필요할 뿐만 아니라 전자기파 흡수 물질 자체의 무게로 인해 항공기 성능이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라 하중을 지지하는 구조 자체가 전자기파를 흡수할 수 있는 전자기파 흡수 구조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 전자기파 흡수 구조로 복합재 구조가 주목을 받고 있다.
일반적인 복합재 전자기파 흡수 구조는 카본 나노 튜브(carbon nano tubes, CNT), 카본 블랙(carbon black, CB), 카본 나노 파이버(carbon nano fibers, CNF) 등과 같은 다양한 나노 입자 손실 물질(lossy material)을 기지(matrix) 재료에 첨가하는 방식으로 구현된다.
복합재 전자기파 흡수 구조의 흡수 성능을 높이기 위해서는 높은 무게 분율(weight percent, wt.%)의 나노 입자를 기지에 분산시켜야 하나, 다량의 나노 입자를 분산시킬 경우 기지의 점도가 증가하므로 이로 인해 성형 방법 및 압력에 따른 흡수성능 변화, 작업자에 따른 분산과정의 차이로 인한 흡수 성능 설계의 불확실도(uncertainty) 등의 문제가 있다.
본 문서에 개시되는 다양한 실시 예들은 무전해 도금 기법에 의해 금속이 코팅된 유전체 섬유의 전자기적 물성을 이용하여 광대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 허니컴 샌드위치 구조(honeycomb sandwich structure)의 전자기파 흡수체를 제공할 수 있다.
본 문서에 개시되는 다양한 실시 예들은 금속이 코팅된 유리 섬유의 전자기적 물성을 이용하여 광대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 문서에 개시되는 다양한 실시 예들은, 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체를 포함하는 스텔스 비행체의 구조물을 제공할 수 있다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체는, 예를 들면, 금속이 코팅된 유전체 섬유의 전자기적 물성을 이용하여 광대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 전자기파 흡수체에 있어서, 상기 금속이 코팅된 유전체 섬유를 포함하는 재료로 육각형의 단위체가 연속적으로 배열되는 적어도 둘 이상의 허니컴 코어층; 및 상기 적어도 둘 이상의 허니컴 코어층의 상면과 하면에 배치되고, 바닥층 최상층 및 중간층을 포함하는 표피층을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 금속은 니켈을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 허니컴 코어층은, 상기 니켈이 코팅된 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제1 전자기파 흡수층을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 중간층은 니켈이 코팅된 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제2 전자기파 흡수층을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 표피층은 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트(sheet)를 적어도 한 겹 이상 포함하는, 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체.
다양한 실시 예에서, 상기 허니컴 코어층과 상기 표피층 사이에 개재되는 접착층을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 제조 방법은, 예를 들면, 금속이 코팅된 유리 섬유의 전자기적 물성을 이용하여 광대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 제조 방법으로서, 상기 금속이 코팅된 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제1 전자기파 흡수층으로 허니컴 코어층을 제작하는 단계; 상기 허니컴 코어층을 소정의 두께로 가공하는 단계; 상기 금속이 코팅된 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제2 전자기파 흡수층 또는 상기 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트로 표피층을 형성하는 단계; 및 상기 허니컴 코어층과 상기 표피층을 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 금속은 니켈을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 표피층을 형성하는 단계는, 상기 시트를 적어도 두 겹으로 적층하고 경화시키는 최상층 및 바닥층을 형성하는 단계와, 적어도 한 겹의 상기 시트 및 적어도 한 겹의 상기 제2 전자기파 흡수층을 적층하고 경화시키는 중간층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 허니컴 코어층과 상기 표피층을 적층하는 단계는, 상기 허니컴 코어층의 적층 수를 최적화하는 단계 및 상기 허니컴 코어층과 상기 표피층 사이에 접착층을 개재하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 스텔스 비행체의 구조물은, 예를 들면, 청구항 1 내지 청구항 6 에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 및 청구항 7 내지 청구항 10 에 따른 제조 방법으로 제조되는 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 중 어느 하나를 포함하는 스텔스 비행체의 구조물에 있어서, 상기 어느 하나는, 상기 스텔스 비행체의 구조물의 최외곽형상(outer mold line, OML)에 대응하는 형상을 갖도록 배치될 수 있다.
다양한 실시 예에서, 상기 스텔스 비행체의 구조물은 날개 구조물을 포함하고,
상기 어느 하나는, 상기 날개 구조물의 리딩 에지(leading edge)에 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체는, 2 내지 18 GHz 범위의 광대역 전반에 걸쳐 -10dB 이하의 반사 손실(return loss)을 나타내는 우수한 전자기파 흡수 성능 및 하중지지능력을 가질 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체를 포함하는 스텔스 비행체 구조물은, C 대역부터 Ku 대역에서의 수직 및 수평 편파에 대해 10dB 이상의 레이더 포착면적(radar cross section, RCS) 저감 성능을 가질 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 사시도이다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 단면도이다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체에 포함되는 허니컴 코어층의 사시도이다.
도 4는 유리섬유, 제1 전자기파 흡수층에 포함되는 니켈이 코팅된 유리 섬유 및 제2 전자기파 흡수층에 포함되는 니켈이 코팅된 유리 섬유의 함량을 분석한 에너지분산분광(EDS) 분석 그래프이다.
도 5는 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 제조 방법의 순서도이다.
도 6은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 전자기파 흡수 성능을 도시한 그래프이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 허니컴 코어층의 두께에 따른 전자기파 흡수 성능을 도시한 그래프이다.
도 8은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 RCS저감 성능을 도시한 그래프이다.
도 9는 다양한 실시 예에 따른 스텔스 비행체 구조물의 사시도이다.
도 10a는 다양한 실시 예에 따른 스텔스 비행체 구조물의 TE 편파에 대한 RCS 저감 성능을 도시한 그래프이다.
도 10b는 다양한 실시 예에 따른 스텔스 비행체 구조물의 TM 편파에 대한 RCS 저감 성능을 도시한 그래프이다.
도 11은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 압축 시험 및 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
본 문서의 다양한 실시 예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시 예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나","A 또는 B 중 적어도 하나,""A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나,"및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 사시도이고, 도 2는 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 단면도이다. 도 3은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체에 포함되는 허니컴 코어층의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)는, 허니컴 코어층(110) 및 표피층(120)을 포함할 수 있다. 상기 허니컴 코어층(110)은 도 3에 도시된 바와 같이 상면 또는 하면에서 바라보았을 때 육각형의 단위체가 연속적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 육각형의 단위체는 육각형의 한 변의 길이(C)가 6 mm, 육각형의 마주보는 변 사이의 거리(CS)가 10.39 mm 인 크기를 가질 수 있다. 상기 허니컴 코어층(110)은 두께가 t인 제1 전자기파 흡수층(111)이 육각형의 단위체를 형성하며 X축 방향으로 적층됨으로써 상기 육각형 단위체의 X축에 평행인 변은 이웃하는 육각형 단위체의 X축에 평행인 변과 마주할 수 있다. 예를 들어, 제1 전자기파 흡수층(111)의 두께는 0.25 mm일 수 있다.
다양한 실시 예에서, 허니컴 코어층(110)의 상면 및 하면에는 표피층(120)이 샌드위치 형태로 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)는, 제1 허니컴 코어층(110a) 및 제2 허니컴 코어층(110b)을 포함하는 허니컴 코어층(110) 및 제1 허니컴 코어층(110a)의 하면에 배치되는 바닥층(120a), 제1 허니컴 코어층(110a)의 상면과 제2 허니컴 코어층(110b)의 하면 사이에 배치되는 중간층(120b) 및 제2 허니컴 코어층(110b)의 상면에 배치되는 최상층(120c)를 포함하는 표피층(120)을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)는, 허니컴 코어층(110)과 표피층(120) 사이에 개재되는 접착층을 더 포함할 수 있다. 상기 접착층은 접착 필름일 수 있다.
다양한 실시 예에서, 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)는, 금속이 코팅된 유전체 섬유를 포함하는 재료로 형성될 수 있다. 상기 유전체 섬유는 유리 섬유일 수 있고, 상기 금속은 니켈(Ni)일 수 있다. 상기 금속은, 니켈에 한정되지 않으며, 유전체 섬유의 전자기적 물성(예: 유전율 또는 투자율)을 개선할 수 있는 철(Fe), 코발트(Co), 은(Ag) 등과 같은 강자성체 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자기파 흡수체(100)의 흡수 성능이 요구되는 전자기파의 주파수 대역에 따라 유전율 또는 투자율을 조절하기 위하여, 상기 전자기파 흡수체(100)에 사용되는 금속이 코팅된 유전체 섬유의 금속 함량 비율은 조절될 수 있다.
도 4는 유리섬유, 제1 전자기파 흡수층에 포함되는 니켈이 코팅된 유리 섬유 및 제2 전자기파 흡수층에 포함되는 니켈이 코팅된 유리 섬유의 함량을 분석한 에너지분산분광(EDS) 분석 그래프이다.
도 4를 참조하면, 니켈이 코팅되기 전의 유리 섬유(10)는 니켈 성분이 검출되지 않는다. 무전해 도금 기법을 이용하여 유리 섬유의 표면에 니켈을 코팅한 경우, 니켈이 코팅된 제1 유리 섬유(11)는 2.57 at% (7.51 wt%)의 니켈 원자 비율(무게 분율)로 유리 섬유(10)에 니켈 코팅층이 도금되었고, 니켈이 코팅된 제2 유리 섬유(12)는 2.95 at% (8.29 wt%)의 니켈 원자 비율(무게 분율)로 유리 섬유(10)에 니켈 코팅층이 도금되었다. 도 4를 통해 유리 섬유는 금속의 함량 비율을 달리하여 니켈 코팅층이 형성될 수 있음을 확인할 수 있다.
유리 섬유(10), 니켈이 코팅된 제1 유리 섬유(11) 및 니켈이 코팅된 제2 유리 섬유(12)의 10 GHz 에서의 복소 유전율을 측정하면 유리 섬유(10)의 복소 유전율은 4.57-j0.05 이고, 니켈이 코팅된 제1 유리 섬유(11)의 복소 유전율은 8.06-j12.68 이고, 니켈이 코팅된 제2 유리 섬유(12)의 복소 유전율은 11.23-j21.86 이다. 유리 섬유에 니켈을 코팅함으로써 유리 섬유의 전자기적 물성(예: 복소 유전율)이 개선됨을 확인할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)는, 유리 섬유(10), 니켈이 코팅된 제1 유리 섬유(11) 및 니켈이 코팅된 제2 유리 섬유(12)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 허니컴 코어층(110)은 니켈이 코팅된 유리 섬유를 포함하는 복합재(composite)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 허니컴 코어층(110)은 니켈이 코팅된 제2 유리 섬유(12)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제1 전자기파 흡수층(111)으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 표피층(120)은 유리 섬유(10)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트(sheet)를 적어도 한 겹 이상 포함하거나 니켈이 코팅된 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 전자기파 흡수층을 적어도 한 겹 이상 포함할 수 있다. 예를 들어, 바닥층(120a) 또는 최상층(120c)은 유리 섬유(10)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트 두 겹을 포함할 수 있고, 중간층(120b)은 유리 섬유(10)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트 한 겹과 니켈이 코팅된 제1 유리 섬유(11)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제2 전자기파 흡수층 여러 겹을 포함할 수 있다.
도 5는 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 제조 방법의 순서도이다.
도 5를 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 제조 방법은 허니컴 코어층을 성형하는 단계(S10), 상기 허니컴 코어층을 소정의 두께로 가공하는 단계(S20), 표피층을 형성하는 단계(S30) 및 허니컴 코어층과 표피층을 적층하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 단계 S10에서, 금속이 코팅된 유전체 섬유 및 수지 기재를 포함하는 전자기파 흡수층으로 허니컴 코어층을 제작할 수 있다. 상기 수지 기재는 에폭시 수지일 수 있고, 상기 유전체 섬유는 유리 섬유일 수 있고, 상기 금속은 니켈(Ni)일 수 있다. 10 GHz 에서의 11.23-j21.86 의 복소 유전율을 가지는 니켈이 코팅된 제2 유리 섬유(12)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제1 전자기파 흡수층으로 허니컴 코어층을 성형할 수 있다.
상기 단계 S10 은, 무전해 도금 기법(electroless plating technique)으로 금속을 유리 섬유에 코팅하는 단계, 금속이 코팅된 유리 섬유를 수지 기재에 함침시켜 전자기파 흡수층을 형성하는 단계, 랙 기어(rack gear) 형상의 베이스 및 육각형의 이너블록을 포함하는 성형 치구부를 이용하여 전자기파 흡수층을 적층하여 허니컴 코어 구조를 성형하는 단계 및 상기 적층된 전자기파 흡수층을 120분 동안 온도 130 ℃ 의 오토클레이브(autoclave) 내에 열경화하는 단계 및 성형 치구부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단계 S10에서 제작된 허니컴 코어층은 도 3에 도시된 바와 같다.
상기 단계 S20에서 허니컴 코어층은 도 1 내지 도 3에 도시된 Z축 방향의 소정의 두께로 가공될 수 있다. 일 실시 예에서, 허니컴 코어층은 다이아몬드 커팅 휠을 갖는 원형 톱을 사용하여 4 mm 두께로 가공될 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 허니컴 코어층의 두께에 따른 전자기파 흡수 성능을 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체는, 10 GHz 에서의 11.23-j21.86 의 복소 유전율을 가지는 니켈이 코팅된 제2 유리 섬유(12)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제1 전자기파 흡수층으로 형성되는 제1 허니컴 코어층(110a) 및 제2 허니컴 코어층(110b), 유리 섬유(10)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트 두 겹을 포함하는 바닥층(120a) 및 최상층(120c), 및 유리 섬유(10)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트 한 겹과 니켈이 코팅된 제1 유리 섬유(11)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제2 전자기파 흡수층 여러 겹을 포함하는 중간층(120b)을 포함하고, Z 축 방향으로 바닥층(120a), 제1 허니컴 코어층(110a), 중간층(120b), 제2 허니컴 코어층(110b), 최상층(120c)의 순서로 적층되어 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체에서 제1 허니컴 코어층(110a) 및 제2 허니컴 코어층(110b)의 두께를 1 mm 에서 20 mm로 변화시키면서 상기 전자기파 흡수체에 전자기파를 입사하여 상기 전자기파 흡수체의 반사 손실을 측정하였다. 측정 결과, 허니컴 코어층의 두께가 두꺼울수록 높은 전자기파 흡수 성능을 보임을 알 수 있다. 하지만, 코어층의 두께를 두껍게 하는 것은 허니컴 코어층과 표피층으로 구성되는 샌드위치 구조의 실제적인 적용에서 한계가 있으므로, 일 실시 예에서, 전자기파 흡수체 전체 두께를 10 mm 로 설계하기 위해 허니컴 코어층(120)은 4 mm 두께로 가공될 수 있다. 이 경우, 4.7 내지 18 GHz 대역에서 일 실시 예에 따른 전자기파 흡수체의 반사 손실이 -10dB 보다 낮은 우수한 전자기파 흡수 성능을 보임을 확인할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 단계 S30에서, 금속이 코팅된 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제2 전자기파 흡수층 또는 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트로 표피층을 형성할 수 있다. 상기 단계 S30는, 상기 시트를 적어도 두 겹으로 적층하고 경화시키는 최상층 및 바닥층을 형성하는 단계와, 적어도 한 겹의 상기 시트 및 적어도 한 겹의 상기 전자기파 흡수층을 적층하고 경화시키는 중간층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 유리섬유 및 금속이 코팅된 유리 섬유는 수적층공법(hand lay-up)에 의해 쌓이고 상기 표피층은 온도 80 ℃ 에서 120분 동안 및 온도 130 ℃ 에서 120분 동안 7 atm 압력의 오토클레이브(autoclave) 내에서 열경화되어 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 중간층에 포함되는 제2 전자기파 흡수층은 10 GHz 에서의 8.06-j12.68 의 복소 유전율을 가지는 니켈이 코팅된 제1 유리 섬유(11)를 에폭시 수지에 함침시켜 형성할 수 있고, 중간층은 한 겹의 시트(두께가 0.125 mm) 위에 세 겹의 제2 전자기파 흡수층을 포함하여 0.5 mm의 두께로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 단계 S40에서, 단계 S20 에서 최종 가공된 허니컴 코어층과 단계 S30에서 형성된 표피층이 적층될 수 있다. 상기 S40 단계는 허니컴 샌드위치 구조를 최적화하는 단계 및 허니컴 코어층과 표피층 사이에 접착층을 개재하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 접착층은 접착 필름 형태일 수 있다.
상기 허니컴 샌드위치 구조를 최적화하는 단계는, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체가 우수한 전자기파 흡수 성능을 갖는 전자기파 흡수체로서 최적화될 수 있도록 허니컴 코어층의 적층 수를 결정할 수 있다. 또한, 허니컴 샌드위치 구조를 최적화하는 단계는, 허니컴 코어층을 소정의 두께로 가공하는 단계(S20) 및 표피층을 형성하는 단계(S30)에 포함될 수 있다. 이 경우, 허니컴 샌드위치 구조를 최적화하는 단계는, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체가 우수한 전자기파 흡수 성능을 갖는 전자기파 흡수체로서 최적화될 수 있도록 단계 S20에서 가공되는 허니컴 코어층의 두께를 결정할 수 있고, 단계 S30에서 형성되는 표피층의 재료 및 두께를 결정할 수 있다.
도 6은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 전자기파 흡수 성능을 도시한 그래프이다. 도 6은 적어도 하나 이상의 동일한 허니컴 코어층을 포함하는 허니컴 샌드위치 구조의 허니컴 코어층의 수에 따른 2 내지 18 GHz 대역의 전자기파에 대한 반사 손실을 측정한 결과를 도시한다.
도 6을 참조하면, 허니컴 코어층의 수가 하나인 경우 전자기파 흡수 성능은 특별한 것이 없지만, 허니컴 코어층의 수가 2 이상인 경우 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체는 2 내지 18 GHz 대역의 전자기파에 대한 흡수 성능이 90 % 이상임을 알 수 있다. 따라서, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체는 적어도 2개의 허니컴 코어층과, 최상층, 바닥층 및 중간층을 포함하는 표피층을 포함함으로써 전자기파 흡수체로서 최적화될 수 있다.
도 8은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 RCS저감 성능을 도시한 그래프이다.
스텔스 기술을 항공기에 구현하는 경우, 전자기파를 흡수 또는 산란시켜 레이더 포착면적(radar cross section, RCS)을 줄이는 것이 중요하다. RCS는 단위 각도 당 전방향으로 반사된 에너지와 입사된 에너지의 비로 나타낼 수 있다.
도 8은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체가 스텔스 기술에 적합한가를 확인하기 위해 S 대역에서 Ku 대역의 전자기파에 대한 RCS 측정을 수행한 결과를 완전 전기 도체(PEC)(예: 구리)의 RCS 측정과 비교하여 나타낸 것이다.
도 8을 참고하면, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 RCS 측정과 시뮬레이션 결과는 거의 동일하며, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 RCS 측정 결과는 4.5 내지 18 GHz 대역의 전자기파에 대해 10 dB 의 저감 성능을 확인할 수 있다.
도 9는 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체가 적용된 스텔스 비행체 구조물의 사시도이다.
도 9를 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)가 적용된 스텔스 비행체 구조물(200)은, 상기 전자기파 흡수체(100)가 스텔스 비행체의 구조물의 최외곽 형상(outer mold line, OML)에 대응하는 형상을 갖도록 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 스텔스 비행체 구조물은 날개 구조물(210)을 포함하고, 상기 전자기파 흡수체(100)는 날개 구조물(210)의 리딩 에지(leading edge)(211)에 형성될 수 있다. 이에 제한되지 않고 스텔스 비행체 구조물은 스텔스 비행체의 어느 외부 구조물에도 해당할 수 있다.
도 10a는 다양한 실시 예에 따른 스텔스 비행체 구조물의 TE 편파에 대한 RCS 저감 성능을 도시한 그래프이고, 도 10b는 다양한 실시 예에 따른 스텔스 비행체 구조물의 TM 편파에 대한 RCS 저감 성능을 도시한 그래프이다.
도 10a 및 도 10b은, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)가 도 9에 도시된 바와 같이 스텔스 비행체의 날개 구조물의 리딩 에지에 형성된 경우, 경사 입사각이 0 도, 20 도 및 40 도 에서 TE 편파(전자기파의 전기장이 리딩 에지에 평행한 편파) 및 TM 편파(전자기파의 자기장이 리딩 에지에 평행한 편파)에 대한 RCS 저감 성능을 동일한 구조의 완전 전기 도체(PEC)(예: 알루미늄)와 비교하여 나타낸 것이다.
도 10a 및 도 10b을 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)가 적용된 스텔스 비행체 구조물(200)은, 경사 입사각에 상관없이, 4.6 내지 16.2 GHz 대역의 TE 편파에 대해 10 dB 의 RCS 저감 성능을 보이고, 5.8 내지 16.6 GHz 대역의 TM 편파에 대해 10 dB 의 RCS 저감 성능을 보임을 확인할 수 있다.
도 11은 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체의 압축 시험 및 결과를 도시한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체가 스텔스 기술에 적합하기 위해서는 우수한 하중지지능력을 지니는 것이 필요하다. 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)의 하중지지능력을 검증하기 위하여 평면상태의 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)를 ASTM C365 규격을 준수하여 시험하였다. 시험 결과, 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)는 평균적으로 22.3 kN 에서 허니컴 코어층의 형태가 변형됨을 확인할 수 있다. 허니컴 코어층의 밀도가 작음에 반해 다양한 실시 예에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체(100)는 비교적 우수한 하중지지능력을 가질 수 있다.

Claims (12)

  1. 금속이 코팅된 유전체 섬유의 전자기적 물성을 이용하여 광대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 전자기파 흡수체에 있어서,
    상기 금속이 코팅된 유전체 섬유를 포함하는 재료로 육각형의 단위체가 연속적으로 배열되는 적어도 둘 이상의 허니컴 코어층; 및
    상기 적어도 둘 이상의 허니컴 코어층의 상면과 하면에 배치되고, 바닥층, 최상층 및 중간층을 포함하는 표피층;을 포함하되,
    상기 허니컴 코어층은 10GHz에서 11.23-j21.86의 복소 유전율을 가지는 니켈이 코팅된 제2 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제1 전자기파 흡수층으로 형성되며,
    상기 바닥층과 최상층은, 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트를 적어도 한 겹 이상 포함하고, 상기 중간층은, 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트와, 10GHz에서 8.06-j12.68의 복소 유전율을 가지는 니켈이 코팅된 제1 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 여러 겹의 제2 전자기파 흡수층을 포함하는, 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 금속이 코팅된 유리 섬유의 전자기적 물성을 이용하여 광대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 청구항 1의 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 제조 방법으로서,
    상기 금속이 코팅된 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제1 전자기파 흡수층으로 허니컴 코어층을 제작하는 단계;
    상기 허니컴 코어층을 소정의 두께로 가공하는 단계;
    상기 금속이 코팅된 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 제2 전자기파 흡수층 또는 상기 유리 섬유를 에폭시 수지에 함침시켜 형성되는 시트로 표피층을 형성하는 단계; 및
    상기 허니컴 코어층과 상기 표피층을 적층하는 단계를 포함하는, 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 7 에 있어서,
    상기 표피층을 형성하는 단계는,
    상기 시트를 적어도 두 겹으로 적층하고 경화시키는 최상층 및 바닥층을 형성하는 단계와,
    적어도 한 겹의 상기 시트 및 적어도 한 겹의 상기 제2 전자기파 흡수층을 적층하고 경화시키는 중간층을 형성하는 단계를 포함하는, 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 제조 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 허니컴 코어층과 상기 표피층을 적층하는 단계는,
    상기 허니컴 코어층의 적층 수를 최적화하는 단계 및
    상기 허니컴 코어층과 상기 표피층 사이에 접착층을 개재하는 단계를 포함하는, 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 제조 방법.
  11. 청구항 1에 따른 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 및 청구항 7, 9, 10 중 어느 하나의 항에 따른 제조 방법으로 제조되는 허니컴 샌드위치 구조의 전자기파 흡수체 중 어느 하나를 포함하는 스텔스 비행체의 구조물에 있어서,
    상기 어느 하나는, 상기 스텔스 비행체의 구조물의 최외곽형상(outer mold line, OML)에 대응하는 형상을 갖도록 배치되는, 스텔스 비행체의 구조물.
  12. 청구항 11 에 있어서,
    상기 스텔스 비행체의 구조물은 날개 구조물을 포함하고,
    상기 어느 하나는, 상기 날개 구조물의 리딩 에지(leading edge)에 형성되는, 스텔스 비행체의 구조물.
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