초록 ▼

□ 연구개요
현재 항공기의 고온 내열성이 필요한 부분에 몰리브데늄, 탄탈륨, 텅스텐 등의 금속재료가 주로 사용되고 있으나 이는 운용 온도의 한계, 산화성 분위기에서의 내산화성 부족, 낮은 파괴 인성과 구조재로서의 사용이 어려운 낮은 기계적 강도 등의 단점이 있다. 이외에도 폴리머 복합재 기반의 스텔스 복합재 구조 구현 방법이 내열성을 필요로 하는 구조에 적용을 시도하고 있으나 낮은 유리 전이온도로 인한 사용온도의 한계, 낮은 파괴 인성 및 낮은 기계적 강도 등의 한계점으로 초고온 등의 극한 환경에서 적용이 어려운 상황이다. 제

□ 연구개요
현재 항공기의 고온 내열성이 필요한 부분에 몰리브데늄, 탄탈륨, 텅스텐 등의 금속재료가 주로 사용되고 있으나 이는 운용 온도의 한계, 산화성 분위기에서의 내산화성 부족, 낮은 파괴 인성과 구조재로서의 사용이 어려운 낮은 기계적 강도 등의 단점이 있다. 이외에도 폴리머 복합재 기반의 스텔스 복합재 구조 구현 방법이 내열성을 필요로 하는 구조에 적용을 시도하고 있으나 낮은 유리 전이온도로 인한 사용온도의 한계, 낮은 파괴 인성 및 낮은 기계적 강도 등의 한계점으로 초고온 등의 극한 환경에서 적용이 어려운 상황이다. 제안하는 기술은 기지(matrix)에 높은 무게 분율(high weight percentage, wt%)의 나노 입자 첨가 없이 강자성체(Ni, Fe, Co) 금속이 코팅된 SiC 소재 기반의 새로운 개념의 다중 대역 스텔스 복합재 구조이며 이는 나노입자를 기지에 분산시키는 기존의 스텔스 성능 구현 방법과 차이점이 있다. 본 연구에서는 스텔스 항공기의 레이더 포착면적 감소를 위해 엔진 배기구와 그 주위의 초고온 환경(1,500℃ 이상)에서 운용할 수 있고 저주파 레이더의 탐지 신호를 줄일 수 있는 초고온 다중 주파수 대역 스텔스 복합재 구조의 핵심기술을 개발하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 극초음속 비행체가 운항 중 처하게 되는 초고온 환경에 적용할 수 있는 고내열 광대역 전자파 흡수 구조를 제안하였다. 내산화성과 내열성이 우수한 세라믹 산화물 섬유인 Nextel 601 섬유와 지오폴리머 기반의 알루미노실리케이트 매트릭스를 사용하였고, 전자기 물성의 개질을 위해 자성 소재인 센더스트를 사용하였다. 측정한 유전율을 바탕으로 4 ~ 18 GHz 주파수 대역에서 우수한 전자파 흡수 성능을 발휘하는 3층형 광대역 전자파 흡수 구조를 설계 및 제작하였다. 자유공간 측정시스템과 초고온 열챔버를 연동하여 25℃에서 1,200℃의 온도 범위에서 전자파 흡수 성능을 측정하였다. 온도가 상승함에 따라 흡수 성능이 감소하였지만, 1,200℃의 온도까지 흡수 성능은 –8 dB 이하의 흡수 성능을 나타내었다. RCS 저감 특성을 파악하기 위해 극초음속 비행체를 모델링하여 PEC (Perfect electric conductivity)와 제안한 전자파 흡수 구조를 적용하였다. TM, TE 편파에 대해 RCS 해석을 수행하였으며 두 편파에서 PEC 모델 대비 RAS 모델의 평균 RCS 값이 13 dBsm 이상 감소하였다. 본 연구에서 제시한 결과를 바탕으로 제안한 고내열 광대역 전자파 흡수구조는 극초음속 온도 환경에 적용할 수 있는 유망한 구조임을 확인하였다.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
기존의 초고온 스텔스 복합재 구조의 연구는 고온 환경의 온도 범위를 700℃ 미만으로 한정하였고, X-band에 집중되어 있다. 반면 본 연구에서 제안한 SiC 소재 기반 스텔스 복합재를 활용함으로써 극한 환경에서 운용을 위한 유/무인 스텔스 항공기/미사일의 엔진 배기구, 덕트 그 주의 부분, 그 외 항공우주용 내열 구조재 등에 적용되어 다양한 기술적 파급효과가 기대된다. 본 연구를 통해 최근 방위사업청에서 제시한 국방전략 기술 8대 분야(2020~2034 핵심기술 기획서) 중 미래형 추진 및 스텔스 기반 플랫폼 연구개발에 활용될 수 있을 것이며, 독자적인 기술 개발을 통해 국방 선진국으로부터 기술이전이 엄격히 제한된 항공기/유도무기 피탐지 감소 기술 분야의 원천기술을 확보하고 이를 통하여 군사과학기술/국방 산업 발전에 기여할 수 있음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 2.1.1 세라믹 산화물 섬유 ... 4
• 2.1.2 세라믹 매트릭스 ... 5
• 2.1.3 자성체 손실소재 ... 5
• 2.2.1 전자기적 물성 측정과 온도에 따른 전자기 물성 변화 ... 7
• 2.2.2 열적 특성 측정 ... 9
• 2.2.3 전자파 흡수 구조의 원리 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 29