KR102345560B1 - 레이다 블로킹 장치 - Google Patents

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KR102345560B1
KR102345560B1 KR1020200096083A KR20200096083A KR102345560B1 KR 102345560 B1 KR102345560 B1 KR 102345560B1 KR 1020200096083 A KR1020200096083 A KR 1020200096083A KR 20200096083 A KR20200096083 A KR 20200096083A KR 102345560 B1 KR102345560 B1 KR 102345560B1
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electromagnetic wave
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백상민
최원호
송운형
고정인
박찬익
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명의 실시예는 3차원 메쉬 격자구조를 경사진 형상으로 형성함에 따라 전체적으로 무게 절감 효과를 얻을 수 있으며, 전자기파의 차단과 산란을 유도하고 공기의 유동 흐름을 유지하며 레이다 반사면적을 감소시키면서 항공기의 탐지를 회피할 수 있는 레이다 블로킹 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로킹 장치는 길이방향으로 길게 형성되는 덕트의 내부에서 엔진 팬의 전단에 구비되어 엔진 팬으로 입사되는 전자기파의 산란과 반사를 유도하는 재료를 포함하는 레이다 블로커를 포함하며, 레이다 블로커는 엔진 팬으로 유입되는 유체가 통과되는 복수의 관통부가 연속 형성되고 덕트의 길이방향을 따라 일단부가 좁고 타단부가 넓게 확장 개구되어 일단부에서 타단부 방향으로 갈수록 확장 경사진 형태의 3차원 메쉬 격자구조로 형성된다.

Description

레이다 블로킹 장치{RADAR BLOCKING DEVICE}
본 발명은 레이다 블로킹 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 항공기의 엔진은 외부 공기를 흡입 연소하여 추력을 발생시키는 시스템이다. 엔진으로 흡입되는 공기의 흐름을 안내하는 덕트는 중공 형상이며, 엔진 팬 블레이드 전면에 위치하여 효과적으로 공기를 흡입할 수 있다. 한편, 항공기의 피탐지 관점에서 덕트와 엔진은 외부에서 입사하는 전자기파를 공진, 다중 반사, 산란하는 요소로써, 항공기의 레이다 반사면적(RCS ; Radar Cross Section)을 크게 증가시켜 적의 탐지망에 노출될 가능성을 증가시키는 요소이다. 덕트의 레이다 반사면적을 감소시키기 위해서는 입사파에 대한 수직 반사면을 최소화시키는 것이 중요하다. 그리고 덕트는 반사면이 직접적으로 탐지 레이다에 노출되지 않도록 굴곡된 S형상으로 형성한다. 이에 더하여, 덕트 내에서의 다중반사 효과를 억제하기 위하여 덕트 내 벽면에 전자기파 흡수재를 적용하여 전자기파 에너지 흡수를 극대화 한다.
그러나, 덕트에 장착된 엔진 및 엔진 팬 자체가 금속 재질로 형성되기 때문에, 충분히 흡수되지 못한 전자기 신호가 노출될 수 있다. 또한 급격한 굴곡 형상의 덕트는 곡률에 의한 유동 박리를 야기하여 흡입 공기의 압력을 현저히 저하시켜 엔진의 성능에 영향을 끼치게 된다. 따라서, 레이다 반사면적을 감소시키면서 항공기의 탐지를 회피할 수 있는 레이다 블로킹 장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 3차원 메쉬 격자구조를 경사진 형상으로 형성함에 따라 전체적으로 무게 절감 효과를 얻을 수 있으며, 전자기파의 차단과 산란을 유도하고 공기의 유동 흐름을 유지하며 레이다 반사면적을 감소시키면서 항공기의 탐지를 회피할 수 있는 레이다 블로킹 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로킹 장치는 길이방향으로 길게 형성되는 덕트의 내부에서 엔진 팬의 전단에 구비되어 엔진 팬으로 입사되는 전자기파의 산란과 반사를 유도하는 재료를 포함하는 레이다 블로커를 포함하며, 레이다 블로커는 엔진 팬으로 유입되는 유체가 통과되는 복수의 관통부가 연속 형성되고 덕트의 길이방향을 따라 일단부가 좁고 타단부가 넓게 확장 개구되어 일단부에서 타단부 방향으로 갈수록 확장 경사진 형태의 3차원 메쉬 격자구조로 형성된다.
3차원 메쉬 격자구조는 선재가 조합되어 관통구를 형성하는 격자가 연속되어 복수로 연결 형성될 수 있다. 선재의 표면에 전자기파 흡수재가 코팅될 수 있다. 여기서, 전자기파 흡수재는 탄소 나노튜브(CNT), 카본블랙(CB) 등의 전도성 나노소재(nano-conductive particle) 또는 코발트(Co), 철(Fe) 계열의 자성(permeability)소재 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
레이다 블로커의 일단부는 덕트의 내벽면과 이격될 수 있다. 레이다 블로커의 일단부는 덕트의 길이방향을 따라 중심부에 위치될 수 있다. 레이다 블로커의 타단부는 덕트의 내벽면과 적어도 1곳 이상 접하여 지지될 수 있다. 레이다 블로커는 원뿔 형상으로 형성될 수 있다. 레이다 블로커의 일단부는 전자기파가 입사하는 방향으로 위치될 수 있다.
레이다 블로커는 금속 소재, 유전체 소재, 자성 소재, 또는 전자기파 흡수재 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 소재는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
레이다 블로커는 엔진으로부터 설정된 거리만큼 이격된 위치에 구비될 수 있다. 레이다 블로커는 덕트의 외부로부터 엔진 팬의 외부 노출이 제한된 위치에 구비될 수 있다. 덕트는 덕트의 길이방향을 따라 덕트의 입구측 중심선과 엔진 팬측 중심선이 서로 다른 위치에 구비되도록 굴곡된 형상을 가질 수 있다. 레이다 블로커가 위치되는 덕트의 내벽면에는 설정 주파수를 타겟으로 하는 전자기파 흡수재가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로킹 장치는 3차원 메쉬 격자구조가 경사진 형상으로 레이다 블로커를 형성함에 따라 레이다 반사면적 감소를 위한 엔진 덕트 변형을 최소화시키면서도 충분한 레이다 반사면적 감소 효과로 항공기의 정보를 회피시킬 수 있다.
또한, 레이다 블로커는 3차원 메쉬 격자구조가 경사진 형상으로 형성됨에 따라 레이다 반사면적 감소를 위한 엔진 덕트 형상이 비행 성능에 주는 영향을 최소화 시킬 수 있으며, 무게 절감의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커가 굴곡형 덕트에 장착된 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커를 이용하여 전자기파가 산란되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커를 이용하여 도플러 효과를 차단하는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커와 CRB를 비교하여 레이다 반사면적 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커를 이용하여 공기 흐름을 유지하는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커와 CRB가 직선형 덕트에 장착된 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커와 CRB를 직선형 덕트에 장착하여 레이다 반사면적 해석 결과를 비교한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이다 블로커를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이다 블로커를 도시한 도면이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커가 굴곡형 덕트에 장착된 상태를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커를 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커(100)(RMB ; Radar Mesh Blocker)는 엔진 팬(20)이 적용된 덕트의 레이다 단면적 감소를 위한 3차원 메쉬 격자구조가 경사진 형태로 형성되어 덕트의 내부에서 엔진 팬(20)의 근처에 설치될 수 있다. 즉, 레이다 블로커(100)의 설치 영역은 덕트 내에서 엔진 팬(20)으로부터 일정 간격 이격되는 위치에 구비될 수 있다. 그리고 전자기파가 입사하는 덕트의 개구부에서 바라볼 때, 레이다 블로커(100)가 외부에 노출되지 않는 위치에 구비될 수 있다. 레이다 블로커(100)가 적용되는 덕트의 내벽면에는 목표 주파수를 타겟으로 하는 전자기파 흡수재가 적용될 수 있다. 여기서, 덕트는 굴곡형 덕트(10)와 직선형 덕트(10a)를 포함할 수 있으므로 덕트에 대한 별도의 한정 설명이 없는 경우, 굴곡형 덕트(10)와 직선형 덕트(10a)를 모두 포함할 수 있다.
레이다 블로커(100)는 3차원 메쉬 격자구조가 경사진 형태로 형성됨에 따라 레이다 반사면적 감소를 위한 엔진 덕트 변형을 최소화 시키면서도 충분한 레이다 반사면적 감소 효과를 얻을 수 있다. 이는 엔진 팬(20)이 장착되는 덕트의 설계시 설계 부담을 완화시켜주며, 레이다 반사면적 감소를 위한 덕트 형상으로 비행 성능에 주는 영향을 최소화시킬 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 레이다 블로커(100)는 3차원 메쉬 격자구조가 경사진 형상으로 형성될 수 있다. 3차원 메쉬 격자구조의 레이다 블로커(100)는 복수의 격자(grid)들이 연속하여 형성될 수 있다. 그리고 복수의 격자들이 일체로 서로 연결되도록 형성되어 전체적으로 메쉬(mesh)구조를 가질 수 있다. 메쉬 격자구조에서 개별 관통구를 형성하는 격자간의 간격은 주변 영역으로 전자기파를 산란(scattering)시킬 수 있는 정도의 간격을 유지하면 바람직하다. 여기서, 격자는 선재가 조합되어 관통구를 형성하는 프레임 구조를 포함할 수 있다. 그리고 선재의 단면은 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 선재의 단면은 원형 또는 각형으로 형성될 수 있다. 필요에 따라 선재의 단면은 크기와 형상이 서로 다르게 형성될 수도 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따라 3차원 메쉬 격자구조 형상을 갖는 레이다 블로커(100)를 항공기용 엔진 팬(20)이 장착된 덕트에 적용함으로써 기존의 레이다 블로커(CRB ; Conventional Radar Blocker)에 비해 무게 절감이 가능하다. 이하에서, 기존의 레이다 블로커는 CRB(30)로 칭한다. CRB(30)는 구조물에 전자기파 흡수재가 코팅된 구성품으로 구성되지만, 레이다 블로커(100)는 3차원 메쉬 격자구조를 포함하고 있기 때문에 전체적인 구조물을 구성하는 소재의 양을 감소시킬 수 있다.
레이다 블로커(100)는 공기가 흡입되는 덕트에 설치되므로 흡입공기의 압력 저하를 최소화시키고 덕트 내부로 입사되는 전자기파를 용이하게 산란시킬 필요가 있다. 레이다 블로커(100)는 3차원 메쉬 격자구조가 경사진 형상으로 형성되기 때문에, 덕트 내부로 입사하는 전자기파가 레이다 블로커(100)에 도달하면 레이다 블로커(100)의 경사진 형상을 따라 추가적인 다중 반사를 유도할 수 있다. 레이다 블로커(100)가 갖는 다중 반사 유도 효과로 인해, 추가적인 레이다 반사면적 감소효과를 기대할 수 있으므로, 다중 반사를 유도하기 위한 S자 형상의 굴곡형 덕트(10)를 설계하는 경우 덕트의 굴곡되는 부분을 최소화하여 공기 흡입 효율을 증가시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 레이다 블로커(100)는 3차원 메쉬 격자구조를 경사지게 형성함으로써 덕트 내에서 전자기파 산란효과를 발생시키면서, 덕트 내부로 유입되는 공기의 저항을 최소화시킬 수 있다. 예를 들어, 레이다 블로커(100)는 덕트의 길이방향을 따라 공기가 유입되는 일단부(102)가 좁고 공기가 배출되는 타단부(104)가 넓은 형상으로 경사지게 형성할 수 있다. 여기서, 일단부(102)는 레이다 블로커(100)의 일측에서 공기가 유입되는 부분을 말한다. 레이다 블로커(100)의 일단부(102)는 덕트의 내벽면과 이격되며, 덕트의 길이방향을 따라 중심부에 위치될 수 있다. 그리고 타단부(104)는 레이다 블로커(100)의 타측에서 공기가 유출되는 부분을 말한다. 레이다 블로커(100)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 3차원 메쉬 격자구조의 원뿔(cone) 형상이 옆으로 누운 경사진 형상으로 형성될 수 있다. 레이다 블로커(100)의 타단부(104) 외경은 덕트의 내부 형상에 대응하도록 형성될 수 있다. 레이다 블로커(100)가 원뿔 형상으로 형성되는 경우, 원뿔의 첨두는 공기가 유입되거나 전자기파가 입사하는 방향으로 위치시킬 수 있다. 즉, 공기가 유입되거나 전자기파가 입사하는 방향으로 원뿔의 꼭지점이 형성되도록 설치할 수 있다. 그리고 레이다 블로커(100)의 타단부(104)는 덕트의 내벽면에 적어도 1곳 이상이 접하여 지지되도록 형성될 수 있다. 레이다 블로커(100)는 3D 프린팅 기법으로 제작될 수 있다.
레이다 블로커(100)는 덕트 내에서 전자기파가 입사하는 방향으로부터 경사지도록 설치됨에 따라 효율적인 전자기파 산란효과를 얻을 수 있다. 그리고 흡입 공기의 유동을 고려하였을 때, 덕트의 중심부에서 가장 높은 속도의 유체 흐름이 발생하므로 중심부에는 되도록 격자의 개수가 적게 형성할 수 있다. 그리고 레이다 블로커(100)의 길이방향을 따라 수직한 면으로 절단한 단면 형상은 유선형, 반구형, 또는 구형으로 형성할 수 있다. 즉, 레이다 블로커(100)의 길이방향 단면형상은 흡입 공기의 압력 강하를 최소화하기 위해 유선형, 반구형, 또는 구형을 갖도록 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커가 굴곡형 덕트에 장착된 상태에서 전자기파가 산란되는 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커를 이용하여 도플러 효과를 차단하는 상태를 도시한 도면이다. 도 4와 도 5를 참조하면, S자로 굴곡된 굴곡형 덕트(10)의 개구부에서 입사되는 전자기파는 엔진 팬(20)으로 도달한다. 다만, 엔진 팬(20) 앞에 위치한 레이다 블로커(100)에 의해 직접적으로 엔진 팬(20)에 도달하지 못하고 레이다 블로커(100)의 경사진 형상을 따라 내벽면에 의해 반사되어 다중 산란되는 효과를 기대할 수 있다. 이러한 다중 산란 전자기파는 다시 덕트 내벽면에 위치한 전자기파 흡수재에서 에너지가 소실되어, 되돌아 가는 전자기 신호를 현저히 감소시킬 수 있다. 이때 레이다 블로커(100)는 굴곡형 덕트(10)의 전면에서 보았을 때, 직접 노출되지 않도록 곡률에 의해 가려지는 영역에 위치해야 한다. 덕트 내벽면에 구비되는 전자기파 흡수재는 경사입사에 대응하고, 다양한 주파수 영역에 대응하기 위해서 다층형 전자기파 흡수재가 적용되는 것이 바람직하다. 여기서, 도 4에 도시한 바와 같이 굴곡형 덕트(10)의 내벽면에 전자기파 흡수재(200)가 구비될 수 있다. 전자기파 흡수재(200)는 도료가 도포되어 흡수층을 형성할 수 있으며, 별도의 전파흡수구조로 구비될 수 있다. 전자기파 흡수재(200)는 최대한의 저피탐 성능을 위해서 굴곡형 덕트(10)의 입구부터 끝단에 이르기까지 구비될 수 있다. 또한, 전자기파 흡수재(200)는 보다 효율적인 저피탐 덕트를 구현하기 위해 전자기파 반사요소가 가장 크다고 판단되는 일정 영역(section)에만 부분적으로 적용될 수도 있다.
레이다 블로커(100)는 덕트 내부로 입사되는 전자기파가 엔진 팬(20)으로 진입하는 것은 차단 또는 산란시키고, 공기의 유동 흐름에는 영향을 주지 않는 구조로 형성할 수 있다. 따라서, 엔진 팬(20)의 성능에 끼치는 영향을 최소화할 수 있다. 덕트 내부로 진입되는 전자기파는 레이다 블로커(100) 형상에 의해 추가적인 다중 반사가 유도되고, 이 전자기파는 덕트 내벽면에 적용된 전자기파 흡수재에 의해 에너지 손실이 발생하게 되므로 덕트의 추가적인 레이다 반사면적 감소 효과를 달성할 수 있다. 레이다 블로커(100)는 덕트 내에서 엔진 팬(20)과 일정 거리를 이격하여 고정되도록 설치될 수 있다. 이러한 고정형 구조는 엔진 팬(20)의 블레이드 회전에 의한 도플러 효과를 차단할 수 있다.
엔진 팬(20)에 의한 반사파를 감소시키기 위해 기존의 방법은 흡수체가 코팅된 CRB(30)를 사용하였다. 그리고 기존의 CRB(30)는 엔진 팬(20)과 유사한 형상을 가지고 있으며, 엔진 팬(20)과 연동하여 동작하기 때문에 회전체에 의한 전자기 도플러 효과를 발생시킨다. 이는 항공기에 대한 정보를 담고 있는 레이다 반사 신호가 될 수 있다. 이와는 달리, 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커(100)는 엔진 팬(20)으로부터 일정 간격을 두고 이격되어 있으며, 덕트 내에 고정되어 있으므로 엔진 팬(20)의 블레이드에 의한 도플러 효과를 원천 차단할 수 있다. 이때 메쉬 격자구조에서 격자의 개수 및 간격은 전자기파의 다중 산란효과를 증가시키면서, 흡입 공기의 압력 강하(pressure drop)를 최소화하도록 형성할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 입사되는 타겟 전자기파의 주파수 대역의 파장(λ)을 고려하여 흡입되는 공기의 흐름(flow)에 영향이 최소화 되도록 낮은 항력계수(drag coefficient)를 갖는 메쉬 격자구조의 단면 형상이 결정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커와 CRB(30)를 S자 형상의 덕트에 적용하여 레이다 반사면적 해석 결과를 나타낸 도면이다. 도 6의 해석 결과를 위해 S자 형상의 덕트에 CRB(30)와 레이다 블로커(100)가 적용된 레이다 반사면적 해석 모델을 구현할 수 있다. 여기서, CRB(30)는 엔진 팬(20)과 유사한 형상으로 형성되며 전자기파 흡수재가 코팅된 구조이다. 이와는 달리, 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커(100)는 금속 소재를 이용한 3차원 메쉬 격자구조의 경사진 형상을 적용하였다. 여기서, 금속 소재는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 레이다 블로커(100)는 공기가 흡입되는 덕트에 배치되므로 적용 가능한 소재의 온도 제한으로부터 자유로운 설계가 가능하다. 따라서, 레이다 블로커(100)에 전자기파 흡수재를 표면에 코팅하여 그 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 레이다 블로커(100)를 금속 소재의 경사진 구조로 형성함에 따라 효율적인 산란을 유도할 수 있다.
도 6을 참조하면, X-밴드(8.2 GHz ~ 12.4 GHz)에서의 CRB(30)와 레이다 블로커의 레이다 반사면적 해석결과를 알 수 있다. 도 6에서 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커(100)는 별도의 전자기파 흡수재가 코팅되지 않은 금속 소재만을 사용했음에도 불구하고, 구조물에 전자기파 흡수재가 코팅된 CRB(30)에 비해 X-밴드 전 영역에서 레이다 반사면적 감소 효과가 더 뛰어남을 확인할 수 있다.
한편, 레이다 블로커(100)의 성능을 더욱 향상시키기 위하여, 3차원 메쉬 격자구조의 표면에 전자기파 흡수재가 코팅될 수 있다. 레이다 블로커(100) 소재로 금속 소재를 적용하였으나, 선재의 표면에 코팅되는 전자기파 흡수재를 포함할 수 있다. 여기서, 전자기파 흡수재는 자성체, 도전체, 유전체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자기파 흡수재는 탄소 나노튜브(CNT), 카본블랙(CB) 등의 전도성 나노소재(nano-conductive particle) 또는 코발트(Co), 철(Fe) 계열의 자성(permeability)소재 중 1종 이상을 포함할 수 있다. S자 형상의 굴곡형 덕트(10) 표면에도 전자기파 흡수재를 적용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커를 이용하여 공기 흐름을 유지하는 상태를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 공기흡입에 의한 공기의 방향과 전자기파의 방향이 동일함을 가정한다. S자 형상의 굴곡형 덕트(10)는 굴곡된 형상으로 인해 직선형상의 직선형 덕트(10a)보다 흡입 효율이 감소할 수 있다. 한편, 레이다 블로커(100)가 갖는 다중 반사 유도 효과로 인해 추가적인 레이다 반사면적 감소효과를 기대할 수 있으므로 S자 형상의 굴곡형 덕트(10)의 설계 시 굴곡 변형 부분을 최소화하여 공기 흡입 효율을 증가시킬 수 있다. 레이다 블로커(100)는 3차원 메쉬 격자구조를 경사진 형상으로 형성함에 따라 전체적으로 무게 절감 효과를 얻을 수 있다. 3차원 메쉬 격자구조 형상은 전자기파는 차단하면서 공기의 유동 흐름에는 영향을 주지 않는 치수, 패턴, 형상을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커와 CRB가 직선형 덕트에 장착된 상태를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커와 CRB를 직선형 덕트에 장착하여 레이다 반사면적 해석 결과를 비교한 도면이다. 도 8과 도 9를 참조하면, CRB(30)와 레이다 블로커(100)의 적용 형상 및 소재는 곡선형 덕트의 실험예와 동일하며, 덕트 형상만 직선형 덕트(10a)로 교체하여 해석 모델을 구성하였다. 직선형 덕트(10a)로 인해 레이다 블로커(100)가 탐지 레이다에 직접적으로 노출되는 형상이다. 도 9에 도시한 바와 같이 X-밴드(8.2 GHz ~ 12.4 GHz)에서 직선형 덕트(10a)에 적용된 CRB(30)와 레이다 블로커(100)의 레이다 반사면적 해석 결과를 알 수 있다. 도 9를 참조하면, 직선형 덕트(10a)에서 CRB(30)는 코팅된 전자기파 흡수재의 타겟 영역에서만 레이다 반사면적 감소 효과가 있음을 알 수 있다. 반면, 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커(100)는 별도의 흡수 재료가 적용되지 않았음에도 다중 산란효과에 의한 덕트 내벽에서의 에너지 흡수효과로 인해 주파수 밴드 전 영역에서 효과적인 감소효과가 있다. 이러한 결과는 경사진 3차원 메쉬 격자구조의 레이다 블로커(100)를 적용했을 때 레이다 블로커(100)는 3차원 메쉬 격자구조의 경사진 형상 자체가 다중 반사를 효과적으로 유도할 수 있는 구조임을 알 수 있다. 따라서, 레이다 반사면적 감소를 위한 S자 형상의 굴곡형 덕트(10)를 구현하기 위해 덕트의 굴곡 부분 형상을 무리하게 변형할 필요가 없다는 것을 확인할 수 있다. 완화된 S자 형상은 S자 형상의 굴곡 부분에 의한 다중 반사가 없어도 레이다 반사면적 감소효과를 얻을 수 있으므로 엔진 성능을 최대한으로 활용할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 직선형 덕트(10a)에 의한 효과는 기존에 운용되고 있는 체계에 적용하여도 레이다 반사면적을 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다.
한편, 엔진 팬(20)이 적용된 덕트에서 발생하는 전자기파 반사 신호를 최소화하기 위한 덕트의 형상 변경은 공기역학적 관점에서 엔진 효율을 저하시키는 요인이 된다. 엔진 효율은 항공기의 성능과 직접적인 영향이 있기 때문에, 항공기의 레이다 반사면적 감소 측면과 트레이드 오프(trade-off) 관계에 있다. 본 발명의 실시예에서 제안된 레이다 블로커(100) 구조를 적용하면, 레이다 반사면적 감소를 위한 엔진 덕트 변형을 최소화시키면서도 충분한 레이다 반사면적 감소 효과를 얻을 수 있다. 이는 설계 부담을 완화시켜주며, 레이다 반사면적 감소를 위한 엔진 덕트 형상이 비행 성능에 주는 영향을 최소화시킬 수 있다. 또한, 기존의 CRB(30)와 레이다 블로커(100)를 비교하였을 때, 레이다 블로커(100)는 CRB(30)에 비해 보다 경량이면서도 더 우수한 레이다 반사면적 저감 성능을 얻을 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이다 블로커를 도시한 도면이며, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이다 블로커를 도시한 도면이다. 도 10과 도 11을 참조하면, 레이다 블로커는 피라미드 형상 또는 육면체 형상의 메쉬 격자구조로 형성할 수 있다. 피라미드형 레이다 블로커(100a)와 육면체형 레이다 블로커(100b)는 보다 많은 에지(edge) 형상을 가지는 메쉬 격자구조의 경사진 형상을 구현할 수 있기 때문에, 입사하는 전자기파가 피라미드형 레이다 블로커(100a) 또는 육면체형 레이다 블로커(100b)에 도달하면 추가적인 다중 반사를 더 유도할 수 있다. 피라미드형 레이다 블로커(100a)와 육면체형 레이다 블로커(100b)는 흡기 덕트내에 위치하며, 메쉬 격자구조의 경사진 구조로 형성할 수 있다. 따라서, 도 10과 도 11의 실시예에서와 같이 덕트 내벽면에서 복수의 지지점을 가질 수 있으며, 덕트 내경의 중심을 향해 첨점을 형성할 수 있다. 이 때 첨점의 방향은 전자기파가 입사하는 방향으로 설정할 수 있다. 덕트 내벽면에서 외곽 테두리 부분의 지지점과 중심의 첨점을 적절하게 등분하여 3차원 메쉬 격자구조의 경사진 구조를 형성할 수 있다. 이 때, 지지점의 개수와 등분되는 분할 간격을 조절함에 따라 다양한 형태의 레이다 블로커가 구현될 수 있다. 여기서, 격자의 형상은 삼각형 또는 사각형을 포함한 다각형으로 형성될 수 있다. 또한, 도 10에 도시한 바와 같이 3차원 형상의 경우 피라미드와 유사한 사각뿔 형태를 예시하였지만, 덕트 내부에서 공간의 여유가 충분할 경우에는 덕트의 길이방향을 따라 좌우가 서로 대칭되는 구조로 형성할 수도 있다. 그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른 피라미드형 레이다 블로커(100a)와 육면체형 레이다 블로커(100b)는 덕트의 내벽면에서 복수의 지지점을 형성할 수 있으므로, 유체의 난기류(turbulence)를 최소화시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 레이다 블로커의 또 다른 응용으로써, 3차원 메쉬 격자구조를 형성하는 격자간의 간격을 위치에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 유동장 해석과 연계하여 3차원 메쉬 격자구조의 격자 간격과 크기를 서로 다르게 조절할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 ; 굴곡형 덕트 10a ; 직선형 덕트
20 ; 엔진 팬 30 ; CRB
100 ; 레이다 블로커

Claims (12)

  1. 길이방향으로 길게 형성되는 덕트의 내부에서 엔진 팬의 전단에 구비되어 상기 엔진 팬으로 입사되는 전자기파의 산란과 반사를 유도하는 재료를 포함하는 레이다 블로커를 포함하며,
    상기 레이다 블로커는
    상기 엔진 팬으로 유입되는 유체가 통과되는 복수의 관통부가 연속 형성되고 상기 덕트의 길이방향을 따라 상기 덕트 내부의 중심을 향해 위치된 일단부가 좁은 첨점을 형성하고 타단부가 넓게 확장 개구되어 상기 일단부에서 상기 타단부 방향으로 갈수록 확장 경사진 형태의 3차원 메쉬 격자구조로 형성되어 상기 레이다 블로커의 타단부 외곽 테두리 부분이 상기 덕트 내벽면과 복수의 지지점들로 접하는 레이다 블로킹 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 3차원 메쉬 격자구조는 표면에 전자기파 흡수재가 코팅되는 레이다 블로킹 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 전자기파 흡수재는 탄소 나노튜브(CNT), 카본블랙(CB) 등의 전도성 나노소재(nano-conductive particle) 또는 코발트(Co), 철(Fe) 계열의 자성(permeability)소재 중 1종 이상을 포함하는 레이다 블로킹 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 레이다 블로커는 원뿔 형상으로 형성되는 레이다 블로킹 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 레이다 블로커의 일단부는 전자기파가 입사하는 방향으로 위치되는 레이다 블로킹 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 레이다 블로커는 금속 소재, 유전체 소재, 자성 소재, 또는 전자기파 흡수재 중 1종 이상을 포함하는 레이다 블로킹 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 금속 소재는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni) 중 1종 이상을 포함하는 레이다 블로킹 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 레이다 블로커는 상기 엔진으로부터 설정된 거리만큼 이격된 위치에 구비되는 레이다 블로킹 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 레이다 블로커는 상기 덕트의 입구로부터 상기 엔진 팬의 외부 노출이 시각적으로 차폐되는 위치에 구비되는 레이다 블로킹 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 덕트는 상기 덕트의 길이방향을 따라 상기 덕트의 입구측 중심선과 상기 엔진 팬측 중심선이 서로 다른 위치에 구비되도록 굴곡된 형상을 갖는 레이다 블로킹 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 레이다 블로커가 위치되는 상기 덕트의 내벽면에는 설정 주파수를 타겟으로 하는 전자기파 흡수재가 구비되는 레이다 블로킹 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 레이다 블로커는 피라미드 형상 또는 육면체 형상으로 형성되는 레이다 블로킹 장치.
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