전자파 흡수 구조의 구조적 성능에 낙뢰가 미치는 영향

Abstract

항공기 구조가 금속 재료에서 복합재료로 변함에 따라 낙뢰에 따른 문제가 발생한다. 그 중 스텔스 기술에 적용되는 다기능 복합재료의 경우 전자파를 흡수하기 위해 전기전도도와 열전도도가 낮은 유전물질이 사용되어 낙뢰에 따른 파손이 예상된다. 하지만 기존의 연구는 탄소, 그래핀과 같은 전도성 섬유 강화 복합재료의 낙뢰 특성이 관한 연구가 진행되어왔고, 낙뢰에 의한 유전 재료의 구조적 영향성에 대한 연구는 진행되지 않았다. 이에 본 연구에서는 전자파 흡수 구조에 사용되는 유리섬유/에폭시, 니켈이 코팅된 유리섬유/에폭시, 5층형 전자파 흡수 구조의 낙뢰에 따른 파손 및 기계적 물성 저하에 대한 연구를 수행하였다. 충격 전류 발생장치를 이용하여 각각의 재료에 낙뢰를 인가한 결과 섬유의 파손, 레진의 파손, 내부의 파손이 발생함을 확인하였다. 파손의 형태는 사용하는 재료의 특성에 따라 달라짐을 확인하였고, 이를 정량적으로 평가하기 위해 이미지프로세싱을 이용하여 손상 면적을 측정하였다. 그 결과 낙뢰의 세기가 증가함에 따라 손상 면적이 증가하는 결과를 보였다. 또한 유전재료 및 저 전도성 재료의 파손 특징으로 관통파괴가 일어나는 것을 확인하였다. 이러한 관통 파괴는 잔류 압축 강도 실험을 수행한 결과 기계적 물성저하에 지배적인 역할을 하는 것을 확인하였다. 이 때문에 유전재료의 경우 0 ~ 30 kA 범위의 낮은 에너지의 낙뢰에서 30 %이상의 기계적 물성 저하가 나타나는 것을 확인하였다.