KR102558275B1 - 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템 - Google Patents
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Abstract
일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템은, 코팅제를 대상물에 스프레이함으로써 코팅하는 용사 모듈; 상기 대상물의 전파 흡수 특성을 측정하는 전파 특성 측정 모듈; 및 상기 용사 모듈의 분사 강도 및 범위를 제어하는 제어 모듈을 포함하고, 상기 용사 모듈은, 두 가지 이상의 재료를 용융시켜 혼합하여 상기 코팅제를 제조할 수 있다.
Description
아래의 설명은 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템에 관한 것이다.
유해 불요 전자기파를 차단 및 흡수하기 위한 전파흡수체가 다양하게 연구 개발되고 있다. 일반적으로 전자기파는 도체(ex. 금속)를 투과할 수 없으므로 전자기파 차단은 단순히 구현 가능하지만 대부분의 전자기파를 반사시킨다. 즉, 되돌아오는 신호의 세기를 감소시키기 위해서는 이와 달리 입사파를 필수적으로 흡수해야만 한다. 전자기파 흡수체는 일반적으로 비도체(non-conductive) 소재를 기반재료로 이용하며, 소산형(dissipation) 매질을 이용하여 전파를 흡수하는 방식과 공진형(resonance) 설계를 통한 전파흡수 방식이 있다.
국방 항공분야에서 레이더에 의한 기체의 피탐/피격을 줄이기 위하여 다양한 전파흡수체가 개발되고 있다. 비행체 레이더 반사면적을 증가시키는데 큰 역할을 하는 부분으로 엔진 흡입구와 노즐 같은 캐비티 구조가 있으며, 이러한 특성을 완화시키기 위해서 흡입구 벽면에 흡수체를 적용하거나, 흡입구 내부에 레이다 블로커(Radar blocker)를 적용하여 전파를 효과적으로 산란, 흡수시킨다. 반면, 엔진 배기구 및 추진기관의 배기구는 고온 고압의 유동환경에 노출되므로, 일반적인 상온 소재/구조를 이용하는데에 어려움이 있다.
고온 환경용 노즐에 적용하는 소재로는 일반적으로 내열금속 및 탄소계열의 복합소재가 있으나, 해당 재료들은 높은 전기전도도를 갖고 있어서 입사하는 전자기파를 반사시키는 특성을 보이므로 흡수체로 사용하기 어렵다. 반면, SiC 기반의 유전체 특성을 갖는 고온용 복합소재는 전파흡수구조로 설계가 가능하나 높은 소재/공정 비용 및 전자기 특성설계 제어가 어려운 단점이 있다. SiC 섬유를 생산하고, SiC 기지를 활용하여 전파흡수구조를 개발하는 연구는 다수 진행되고 있으나, 해당 기술방식은 주로 최종적인 형태를 갖는 구조물 형태로 제작되기 때문에, 대상물을 성형할 수 있는 대형 공정장비(ex. 고온 챔버 등)가 필요하다. 또한 기 제작되어 운용중인 도전성 노즐(ex. 내열금속, 탄소계열 복합재료 등)에 추가적용이 어려우며, 신규로 제작하여 해당 부품을 대체하는 방식으로 개발되므로 이에 부가되는 단점들이 있다.
특허 10-1901094호(등록일 2018년09월20일)에는 초고온용 전파흡수 복합시트 및 이를 포함하는 제품에 관하여 개시되어 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예에 따르면, 고온 환경에서도 사용할 수 있는 전파 흡수체를 제조하는 시스템을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 용사(thermal spraying) 방식을 통해 대상물을 코팅하므로, 고온 챔버 등의 설비 없이도 대상물 표면 코팅할 수 있으며, 두 가지 이상의 재료를 용융시켜 혼합하여 스프레이함으로써 코팅할 수 있는 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템은, 코팅제를 대상물에 스프레이 함으로써, 코팅하는 용사 모듈; 상기 대상물의 전파 흡수 특성을 측정하는 전파 특성 측정 모듈; 및 상기 용사 모듈의 분사 강도 및 범위를 제어하는 제어 모듈을 포함하고, 상기 용사 모듈은, 두 가지 이상의 재료를 용융시켜 혼합하여 상기 코팅제를 제조할 수 있다.
상기 재료는, 전기 전도도가 낮은 유전체를 포함할 수 있다.
상기 재료는, 열전도도가 낮은 소재를 포함할 수 있다.
상기 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템은, 상기 대상물의 표면의 공극률을 측정하는 표면 공극 측정 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 제어 모듈은, 상기 전파 특성 측정 모듈로부터 실시간으로 측정된 결과에 따라서 상기 용사 모듈의 구동을 제어할 수 있다.
상기 대상물의 표면을 촬영하는 카메라 모듈; 및 상기 카메라 모듈로 촬영된 영상을 디스플레이하는 디스플레이 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 재료는, 유전체 세라믹 및 강 자성체 금속 입자 파우더의 혼합물이고, 상기 유전체 세라믹 및 상기 강 자성체 금속 입자 파우더의 배합 비율을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템은, 고온 환경에서도 사용할 수 있는 전파 흡수체를 제조할 수 있다.
일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템으로 제조된 전파 흡수체는, 용사(thermal spraying) 방식을 통해 대상물을 코팅하므로, 고온 챔버 등의 설비 없이도 대상물 표면 코팅할 수 있으며, 두 가지 이상의 재료를 용융시켜 혼합하여 스프레이함으로써 코팅할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템의 블록도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템을 이용하여 재료의 비율을 달리하여 측정한 전파흡수 성능을 나타낸 그래프이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템을 이용하여 코팅 두께를 달리하여 측정한 전파흡수 성능을 나타낸 그래프이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템을 이용하여 재료의 비율을 달리하여 측정한 전파흡수 성능을 나타낸 그래프이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템을 이용하여 코팅 두께를 달리하여 측정한 전파흡수 성능을 나타낸 그래프이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템(1)은, 고온 환경에서도 사용할 수 있는 전파 흡수체를 제조할 수 있다. 고온 환경에서 사용할 수 있는 전파 흡수 재료는 그 종류가 한정될 뿐만 아니라, 공정상에서도 다양한 제약사항이 존재한다. 반면, 고온에서 사용할 수 있는 코팅층을 제작하기 위한 용사(thermal spraying) 공정은 비교적 단순한 방법으로 유전체 층을 대상물 표면에 코팅할 수 있으며, 코팅층의 유전율/투자율 등의 제어가 용이할 수 있다. 고온 챔버 등이 필요 없는 용사 방식을 이용하므로, 기술의 적용 및 구현이 단순하면서도 고온용 소재 코팅이 가능하고, 다양한 소재 조합을 통하여 요구 특성을 구현할 수 있다. 즉, 스프레이되는 코팅제에 두 가지 이상의 재료를 혼합하여 내환경 향상 및 특정 주파수 대역을 흡수할 수 있는 전자기파 흡수 특성을 추가적으로 부여할 수 있다. 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템(1)은 기존의 구조물을 코팅하여 전파흡수 기능을 새로이 부여할 수도 있으며, 시공, 유지보수 또는 업그레이드 등의 작업이 용이하다. 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템(1)은 코팅제의 재료를 달리하면서 다양한 재료의 다층화 코팅을 통하여 전파흡수성능을 확장/제어할 수 있으며, 시공 비용이 상대적으로 낮은 장점이 있다. 예를 들어, 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템(1)은, 용사 모듈(11), 전파 특성 측정 모듈(14), 제어 모듈(12), 표면 공극 측정 모듈(13), 카메라 모듈(15) 및 디스플레이 모듈(16)을 포함할 수 있다.
용사 모듈(11)은, 코팅제를 대상물에 스프레이함으로써 코팅할 수 있다. 용사 모듈(11)은, 두 가지 이상의 재료를 용융시켜 혼합하여 코팅제를 제조할 수 있다. 예를 들어, 재료는 전기 전도도가 낮은 유전체를 포함할 수도 있고, 열전도도가 낮은 소재를 포함할 수 있다. 재료는 내열성, 내구성, 내마모성을 발현시킬 수 있는 모든 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 재료는 구체적으로 고온환경에 견딜 수 있는 세라믹 기반의 소재(유전체)가 될 수 있고, 유전체에 전파흡수 특성을 구현하기 위하여 전자기적 특성을 띄는 파우더가 첨가될 수 있다. 파우더는 고온 환경에서도 전자기적 특징이 유지되어야 하기 때문에 금속성 강 자성체(Co, Ni, Fe, W 등) 또는 이들의 산화물 등이 활용될 수 있다. 이들 강 자성체 입자는 상기 세라믹 기반 소재와 일정 비율로 혼합, 용융되어 코팅될 수 있다. 강 자성체의 함량 (weight 1 ~ 50%)가 조절됨에 따라 코팅제의 전체적인 유전율, 투자율 특성이 결정되며, 코팅제의 이러한 전자기적 특성과 코팅 두께에 따라 타겟 주파수(frequency)에서의 흡수 성능을 구현할 수 있다. 자성체 파우더의 혼합 비율이 증가하면 코팅제의 코팅 특성에 영향을 끼치기 때문에 적절한 수준에서 결정되어야 한다.
제어 모듈(12)은, 용사 모듈(11)의 분사 강도 및 범위를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(12)은, 전파 특성 측정 모듈(14)로부터 실시간으로 측정된 결과에 따라서 용사 모듈(11)의 구동을 제어할 수 있다.
전파 특성 측정 모듈(14)은, 대상물의 전파 측정을 측정할 수 있다. 예를 들어, 전파 특성 측정 모듈(14)은, 피로 균열 전파 특성, 흡수되는 주파수 대역, 전파산란저감 정도, 반사되는 정도 등을 측정할 수 있다.
표면 공극 측정 모듈(13)은, 대상물의 표면의 공극률을 측정할 수 있다. 예를 들어, 표면 공극 측정 모듈(13)은, 용사 모듈(11)에 의하여 대상물의 표면이 코팅됨에 따라서, 공극이 줄어드는 과정을 실시간으로 측정할 수도 있다. 표면 공극 측정 모듈(13)에서 측정된 결과가 기준치를 만족할 때, 제어 모듈(12)로 신호를 보낼 수 있고, 제어 모둘(12)은, 용사 모듈(11)의 구동을 정지할 수 있다.
카메라 모듈(15)은, 대상물의 표면을 촬영할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(15)은, 같이 마이크로 단위를 관찰할 수 있는 현미경일 수 있다.
디스플레이 모듈(16)은, 카메라 모듈(15)로 촬영된 영상을 디스플레이하여, 사용자가 육안으로 대상물의 코팅 품질 및 대상물 표면의 기공 상태 등을 파악하도록 할 수 있다.
한편, 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템(1)은 터빈 엔진 내부 내열 구조에 활용될 수 있다. 엔진/추진기관 배기구는 내부에 중공(cavity)이 형성되므로, 입사되는 전자기파를 다중반사하여 전파산란이 발생하는 구조이나 고온의 배기 유동장으로 인하여 일반적인 전파흡수체 적용이 불가하다. 이러한 내열구조의 표면을 대상으로 하여, 내열 및 전파흡수 코팅재료를 적용함으로써, 해당 고온환경에서의 내구성을 보임과 동시에 입사되는 전자기파를 효과적으로 다중흡수할 수 있는 특성을 부여할 수 있다. 구체적으로, 배기 노즐을 통해서 들어오는 외부의 전자기파(ex. 레이더 신호 등)는 터빈엔진의 배기 노즐 영역뿐만 아니라 엔진 내부의 도전성 금속재로 이루어진 압축기 영역까지 침투하고 반사되어 나가게 된다. 터빈 엔진의 압축기 등의 관련 부품은 초고온에 노출되므로 일반적으로 다양한 내열 코팅기술을 적용하고 있다. 이와 같은 내열 코팅 소재에 전자기파 흡수성능을 갖도록 용사 모듈(11)을 통하여 코팅할 경우, 터빈 엔진으로 입사되는 전자기파를 효과적으로 다중 흡수함으로써 전파흡수율을 높일 수 있다. 또한, 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템(1)을 통하여 터빈엔진부품을 코팅할 경우, 전자기 스텔스 기능을 갖는 터빈 엔진을 구현할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템을 이용하여 재료의 비율을 달리하여 측정한 전파흡수 성능을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 유전체 재료에 강 자성체 금속 파우더를 wt% 함량에 따라 코팅한 후 전파흡수성능을 측정한 결과를 알 수 있다. 도 2의 가로축은 주파수를, 세로축은 흡수성능을 의미한다. 예를 들어, 흡수성능 -10 dB은, 입사전자기파 대비 90%의 흡수성능을 의미하고, 흡수성능 -20 dB은, 99% 흡수성능을 의미한다. 도 2에서, 코팅 두께는 모두 같으며, 금속 파우더의 wt% 함량에 따라 코팅제의 전자기적 특성(유전율, 투자율)이 변하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 목표하는 흡수 성능에 따라서 금속 파우더의 함량을 달리 할 수 있다. 즉, 일반적으로 전파흡수체는 용도에 따라서 타겟 주파수가 있으며, 해당 타겟 주파수에서의 흡수성능은, 코팅 재료의 물성(금속 파우더의 함량 등)을 조절함으로써 구현될 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템을 이용하여 코팅 두께를 달리하여 측정한 전파흡수 성능을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 동일한 재료 배합비(wt%)를 갖는 코팅제에 대하여, 서로 다른 두께를 가지는 시료에 대해 전자기 흡수성능에 대한 측정결과를 나타낸다. 일반적으로 코팅 두께가 증가하면 흡수성능의 그래프(peak)가 낮은 주파수(좌측)으로 이동한다. 따라서 코팅시, 실시간 측정을 통해 원하는 주파수 대역에서 흡수가 되도록 코팅작업의 조절이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 코팅 두께는 수백 마이크로미터에서 수 밀리미터 사이일 수 있다. 즉, 일반적으로 전파흡수체는 용도에 따라서 타겟 주파수가 있으며, 해당 타겟 주파수에서의 전파 흡수는, 도 2에서의 설명과 같이 코팅 재료의 물성(금속 파우더의 함량 등)을 조절하거나, 도 3에서 설명된 바와 같이 코팅의 두께로써 구현될 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
1: 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템
11: 용사 모듈
12: 제어 모듈
13: 표면 공극 측정 모듈
14: 전파 특성 측정 모듈
15: 카메라 모듈
16: 디스플레이 모듈
11: 용사 모듈
12: 제어 모듈
13: 표면 공극 측정 모듈
14: 전파 특성 측정 모듈
15: 카메라 모듈
16: 디스플레이 모듈
Claims (7)
- 코팅제를 대상물에 스프레이함으로써 코팅하는 용사 모듈;
상기 대상물의 전파 흡수 특성을 측정하는 전파 특성 측정 모듈;
상기 용사 모듈의 분사 강도 및 범위를 제어하는 제어 모듈; 및
상기 대상물의 표면의 공극률을 측정하는 표면 공극 측정 모듈을 포함하고,
상기 용사 모듈은,
두 가지 이상의 재료를 용융시켜 혼합하여 상기 코팅제를 제조하고,
상기 재료는,
전기 전도도가 낮은 유전체를 포함하는 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 재료는,
열전도도가 낮은 소재를 포함하는 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 제어 모듈은,
상기 전파 특성 측정 모듈로부터 실시간으로 측정된 결과에 따라서 상기 용사 모듈의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템.
- 제1 항에 있어서,
상기 대상물의 표면을 촬영하는 카메라 모듈; 및
상기 카메라 모듈로 촬영된 영상을 디스플레이하는 디스플레이 모듈을 더 포함하는 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템.
- 제1 항에 있어서,
상기 재료는,
유전체 세라믹 및 강 자성체 금속 입자 파우더의 혼합물이고,
상기 유전체 세라믹 및 상기 강 자성체 금속 입자 파우더의 배합 비율을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020230011592A KR102558275B1 (ko) | 2023-01-30 | 2023-01-30 | 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020230011592A KR102558275B1 (ko) | 2023-01-30 | 2023-01-30 | 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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KR102558275B1 true KR102558275B1 (ko) | 2023-07-21 |
Family
ID=87429771
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020230011592A KR102558275B1 (ko) | 2023-01-30 | 2023-01-30 | 고온 환경용 전파 흡수체 제조 시스템 |
Country Status (1)
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KR (1) | KR102558275B1 (ko) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20000062487A (ko) * | 1999-01-21 | 2000-10-25 | 사토 히로시 | 전파흡수체 조립용 부재, 전파흡수체 및 전파흡수체의제조방법 |
KR20040077079A (ko) * | 2003-02-27 | 2004-09-04 | 학교법인 동의학원 | 2단계 스프레이 코팅에 의한 전자부품 소성용 세터의제조방법 |
KR20160102090A (ko) * | 2008-10-07 | 2016-08-26 | 날코 컴퍼니 | 크레이핑 실린더에 대한 성능강화물질의 적용을 모니터링하고 제어하는 방법 및 장치 |
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2023
- 2023-01-30 KR KR1020230011592A patent/KR102558275B1/ko active IP Right Grant
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