금속 주기 패턴 에칭층이 삽입된 낙뢰 충격 보호 스텔스 열가소성 복합재 구조 = High-performance lightning strike protection concept for stealth thermoplastic composites with etched periodic patterns

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 스텔스 항공기에 적용 가능한 전파 흡수 기능과 낙뢰 보호 기능이 통합된 열가소성 복합재 구조가 제안되었다. 제안된 구조는 S-유리섬유/PEEK 복합재가 사용되었고 표면에 니켈 무전해 도금 S-유리섬유 직물이 사용되었다. 니켈 도금 S-유리섬유에 포토리소그래피 에칭 공정을 적용하여 주기 패턴과 면내 고전류 전도 경로가 동시에 형성되도록 설계되었다. 니켈 도금 S-유리섬유/PEEK와 Al 와이어 메쉬 삽입 S-유리섬유 /PEEK의 3점 굽힘 및 층간 전단 시험을 통해 니켈 도금 섬유 기반 구조는 pristine S-유리섬유/PEEK 복합재 대비 알루미늄 메쉬 삽입 구조가 보다 큰 강도와 강성이 감소되는 것이 확인되었다. SAE ARP 5412B 규격에 맞춰 8/20 μs, 40 kA 전류 인가 조건을 적용한 열–전기 연동 해석과 낙뢰 시험을 통해 고전류 전도층이 도입된 시편에 서는 전류와 줄 발열이 면내 방향으로 분산되어 두께 방향 손상 깊이가 감소된 것을 확인하였다. 낙뢰 시험 전후 전파 흡수 성능을 비 교하였을 때 10.9 GHz에서 각각 25.1%와 7.2%의 절대 변화량 평균 의 최대값이 확인되었다. 니켈 무전해 도금 S-유리섬유 기반 주기 패턴 표면층이 삽입된 S- 유리섬유/PEEK 구조가 기존 금속 메쉬 기반 LSP 개념 대비 기계적 성능 저하를 완화하면서 낙뢰 보호 성능과 전파 흡수 성능을 동시에 안정적으로 유지할 수 있는 고성능 스텔스 열가소성 복합재 설계 개념으로 검증되었다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 문헌 조사 6
• 1.3 연구 목적 9
• 제2장 재료 11
• 2.1 니켈 무전해 도금 S-유리섬유 11
• 2.1.1 니켈 무전해 도금 S-유리섬유의 전자기적 물성 11
• 2.1.2 니켈 무전해 도금 S-유리섬유의 기계적 물성 17
• 제3장 설계 원리 및 낙뢰 피격 실험 구성 24
• 3.1 Circuit analog 흡수체 원리 24
• 3.2 낙뢰 피격 실험 환경 및 구성 26
• 제4장 설계 및 제작 29
• 4.1 주기패턴 전파 흡수 구조 설계 29
• 4.2 낙뢰 피격 해석 33
• 4.3 시편 제작 38
• 4.3.1 포토리소그래피 에칭 공정 38
• 4.3.2 핫프레스 성형 공정 40
• 제5장 낙뢰 피격 실험 결과 분석 41
• 5.1 낙뢰 피격 실험 후 손상 분석 41
• 5.2 낙뢰 피격 실험 전/후 전파 흡수 성능 분석 45
• 제6장 결 론 47
• 참 고 문 헌 49
• ABSTRACT 56