MWNT 첨가 유리섬유 강화 복합재료 이용한 RAS의 유해환경하 성능 연구

Abstract

전투기가 발전할수록 이를 탐지하는 레이더 기술 또한 크게 발전되었다. 초기의 레이더는 단순히 적의 유무를 판단하는 용도로 사용되어 왔지만, 현재는 적의 비행기의 수와 거리, 그리고 속도까지도 판단할 수 있을 만큼 발전 되었다. 레이더의 발전과 함께 그에 대응하는 기술인 스텔스 기술이 개발되게 되었다. 스텔스 기술이란 광학적 신호 음향적 신호 적외선 신호 그리고 전자기적 신호에 대응하는 은폐 기술을 말한다. 스텔스 기술은 기술의 특성상 국가간의 기술이전이 어렵기 때문에 자체적인 기술 개발이 필요한 분야이다. 특히 스텔스 기술 중 전자기적 신호에 대응하는 은폐 기술을 구현함과 동시에 항공기의 구조를 지탱할 수 있는 전자파 흡수 구조체는 많은 연구와 실험이 진행되고 있다. 전자파 흡수 구조체를 실기체에 활용하기 위해서는 수행하여야 할 연구들이 많이 있다. 그 중 대표적인 것은 실제 항공기가 운행 중 노출되는 환경에서의 전자파 흡수능 유지 및 구조안정성이다. 환경 실험이 필요한 이유는 ambient 환경에서 측정된 물성이 실제 운행 중일 때 어느정도의 차이를 보이느냐를 판단하는 하나의 지표로써 활용할 수 있고, ambient 환경과 물성이 큰 차이를 보이게 되면 그 부분을 보완해야 하는 필요성을 보여주는 자료로 활용될 수 있기 때문이다. 본 연구에서는 실제 항공기가 운행할 경우 직면할 수 있는 환경을 모사하여 전자파 흡수 구조체의 기계적 물성과 전자기적 물성의 변화를 실험을 통해 평가하였다. 실험에 사용한 전자파 흡수 구조체는 유리섬유강화 복합재료에 탄소 나노 튜브 (MWNT)를 첨가하여 제작하였으며, MWNT의 함유량은 1.8wt%이다. 기계적 물성은 ASTM D3039에 의거하여 인장실험을 수행하여 인장 강도 및 인장 강성 그리고 포아송 비를 비교 분석하였다. 전자기적 물성의 경우 유전율의 변화를 실험을 통하여 비교 분석하였다. 실험 환경은 크게 침수환경, 온도환경, 그리고 자외선 환경을 모사하였다. 침수 환경의 경우 시편을 80oC의 물에 침수시키는 방법으로 진행되었고, 온도 환경의 경우 온도챔버를 이용하여 실험을 진행하였다. 마지막으로 자외선 환경의 경우 항공기의 실제 고도인 20,000m에서의 자외선 조사량을 추정하여 이를 기준으로 수행하였다. 추정된 자외선 조사량을 자외선 챔버로 모사하여 실험을 진행하였다. 각각의 환경에서의 인장 실험과 유전율의 변화를 비교하였다. 그 결과 침수 환경에 노출되었을 경우 인장 강도가 264.40MPa에서 213.25MPa로 감소되었고, 그리고 두께는 2.53mm에서 2.62mm로 두꺼워졌다. 유전율의 경우 X-Band의 중심 주파수인 10GHz에서 실수 부는 8.68에서 8.85로 증가하였고, 허수부의 경우 3.16에서 3.04로 감소하는 경향을 나타내었다. 온도 환경에 노출되었을 경우 인장 강도는 온도가 증가할수록 감소되었고 유전율의 경우 실수부가 증가하는 경향을 보였다. 마지막으로 자외선 환경에서는 인장 강도와 유전율의 변화가 없었다. 앞선 실험을 통해 얻어진 결과들을 상용 전자기 해석 프로그램인 CST MWS를 이용하여 흡수 성능을 비교하였다. 그 결과 침수 환경과 온도 환경에 직면하였을 때 흡수 성능을 평가하는 -10dB bandwidth가 감소하는 것으로 확인하였고, 자외선 환경의 경우 유전율의 변화와 두께 변화가 없었기 때문에 흡수 성능 또한 큰 변화가 없는 것으로 확인되었다.