With the development of fighter jets, radar technology to detect them has significantly developed as well. Early radars were simply used to determine enemy units from friendly ones, but today radars have ad-vanced to the point where the number of enemy aircraft, their distances, and their velocities can be obtained. In conjunction with the development of radar, its corresponding stealth technology has developed. Stealth technology refers to the technologies for concealing optical, acoustic, infrared, and electromagnetic signals. Due to the nature of stealth technology, technology transfer between nations is difficult and stealth technology is a field that requires independent technological development. In particular radar absorbing structures (RAS), which realizes the concealment technology of electromagnetic signals among stealth technologies and simultaneously supports aircraft structures, are being widely studied and researched. In order to apply RAS to real aircraft, there is a diverse range of research that needs to be conducted. Among them, a representative study is regarding the maintenance of electromagnetic absorption capacity and structural stability in the environment that actual aircraft are exposed to during flight. Environmental tests are necessary as they can be utilized as an index to determine the difference of material properties in ambient environment and in actual flight, and when a significant difference in material properties is observed, the tests can be employed as reference data to show the need to compensate in that area.
In this study, the environment that a real aircraft could encounter during flight was simulated, and the mechanical and electromagnetic property changes of RAS were tested and evaluated. The RAS used in the tests was fabricated by adding Multi-Walled Carbon Nano Tube (MWNT) to glass fiber reinforced composite material and the MWNT content was 1.8wt%. For the mechanical properties, tensile tests in accordance with ASTM D3039 were performed, and comparative analysis of the maximum stress, stiffness, and Poisson’s ratio was conducted. For the electromagnetic properties, comparative analysis of changes in permittivity was performed through tests. The test environments simulated moisture, temperature, and UV radiation environments. Specimens were immersed in water of 80oC for the moisture environment, a temperature chamber was used for the temperature environment, and finally specimens were exposed to UV radiation for the actual flight altitude of 20,000m by estimating the UV radiation at that altitude for the UV environment. The estimated UV radiation was simulated using an ultraviolet chamber for the experiments. For each environment, the changes in tensile testing and permittivity were compared. It was observed through the results that when exposed to the moisture environment the tensile strength decreased from 264.40 MPa to 213.25 MPa and the thickness increased from 2.53mm to 2.62mm and the permittivity increased from 8.68 to 8.85 for the real part and decreased from 3.16 to 3.04 for the imaginary part at 10GHz which is the center frequency of the X-Band (8.2-12.4GHz). When exposed to the temperature environment, the tensile strength showed decreasing trends while the permittivity showed increasing trends. Lastly, exposure to the UV environment showed show insignificant changes in tensile strength and permittivity. Using the results obtained from the experiments conducted, the absorption performances were compared using the commercial electromagnetic analysis program CST MWS. The analysis revealed that when encountering the moisture and temperature environments, the -10dB bandwidth, which evaluates the absorption capability decreased. On the other hand, there were no significant changes in absorption capability in the UV radiation environment case as there were no changes in the permittivity and thickness.
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.
