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Quality Function Deployment as a Rotorcraft Conceptual Design Tool : 품질기능전개방법을 이용한 회전익기 개념설계

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Authors

강세권

Advisor
이관중
Issue Date
2019-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
Quality Function DeploymentConceptual DesignRotorcraftExtreme Altitude Mountain Rescue Vehicle
Description
학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :공과대학 기계항공공학부,2019. 8. 이관중.
Abstract
The engineering design of a rotorcraft requires multi-disciplinary decision-making process, often times having to work with incomplete requirements and mission objectives of the complex aerospace systems. In addition, the traditional serial-design approach requires information from one discipline to be passed down for rigorous design iteration. Such design iterations for extremely complicated rotorcraft design demand for excessive resources especially with the absence of formal design methodology. This thesis focuses on the development and integration of a multi-attribute rotorcraft conceptual design framework and the Quality Function Deployment (QFD), a system-engineering-based requirement analysis tool. Rotorcraft design requires complex Multidisciplinary Design Optimization (MDO) having significant effects on the rotorcraft performances simply manipulating interdependent sizing variables. The House of Quality (HOQ) is adopted as part of the QFD process to transform user demands into design quality and prioritize array of design characteristics that impact customer attributes. The proposed design framework also adopts parallel-design approach with the inclusion of higher fidelity analysis in the conceptual design phase. This framework considers various technical aspects including the aerodynamic, structure, propulsion, transmission design, weight and balance, stability and control, noise analysis, and economic analysis.
As a system integration of the QFD process, this thesis outlines the proposed conceptual design framework to design a high-altitude mountain rescue vehicle. By employing morphological alternative matrix, and carrying out HOQ analysis, four wing-mounted propellers winged-helicopter configuration with hybridized propulsion system was designed. This result was obtained in conjunction with the HOQ analysis for which, critical design variables identified, were specifically studied to obtain the optimal solution. By adopting the design process, rotorcraft that can hover at 29,100 ft and attain a cruise speed of 185 knots was designed. The proposed design framework provides a central collaborative repository to design aerospace vehicles and provide essential information to initiate preliminary design by the integration of the QFD process.
회전익기 설계에는 여러 분야의 의사 결정 프로세스가 필요하며 복잡한 항공 우주 시스템의 불완전한 요구 사항 및 임무 목표를 가지고 설계를 수행한다. 또한 기존의 직렬 설계 방식은, 한 분야의 정보를 전달하여 엄격한 설계 반복을 거쳐야 한다. 하지만 공식적인 설계 방법론이 없고 극도로 복잡한 회전익기 설계에 대한 설계 반복성은 과도한 자원을 요구하기에 이 논문은 시스템 엔지니어링 기반 요구 사항 분석 도구 인 QFD (Quality Function Deployment), 즉 품질기능전개방법을 통한 개념적 설계 프레임워크 개발 및 통합 설계에 중점을 둔다. 회전익기 설계는 복잡한 MDO (Multidisciplinary Design Optimization)를 요구하여 상호 의존적 인 사이징 변수로 인한 성능 변화에 상당한 영향을 미친다. 이를 위해 House of Quality (HOQ)는 사용자 요구를 설계 품질로 변환하고 고객 특성에 영향을 미치는 일련의 설계 특성의 우선 순위를 정하여 초기 설계 단계에서 최대한 자원을 사용하여 설계를 진행한다. 이를 위해 QFD 프로세스로 채택되었고 제시 된 설계 프레임 워크는 개념 설계 단계에서 다양한 분석을 포함하는 병렬 설계 접근법을 채택하여 회전익기를 설계하는 방법을 제시하였다. 또한, 제시된 프레임 워크는 공기 역학, 구조, 추진력, 변속기 설계, 중량 및 균형, 안정성 및 제어, 소음 분석 및 경제적 분석을 비롯한 다양한 기술적 측면을 고려하여 설계 반복과정으로 이어진다.
이 논문은 QFD 과정의 시스템 통합적 검증을 위해 고고도의 구조 헬기를 설계하여 제시 된 개념 설계 프레임 워크를 적용하였다. Morphological Analysis와 다양한 QFD 분석을 수행함으로써, 날개에 장착된 4개의 프로펠러와 하이브리드 추진 시스템을 장착한 winged-helicopter가 설계되었다. 이 결과는 중요한 설계 변수가 확인 된 HOQ 분석과 최적의 솔루션을 얻기 위해 구체적으로 설계 된 결과이다. 제시된 디자인 프로세스를 채택함으로써 29,100ft에서 OGE 호버링이 가능하면서 185knots 의 순항 속도를 달성 할 수 있는 로터 크래프트가 설계되었습니다. 제안 된 설계 프레임 워크는 QFD 프로세스의 통합으로 항공우주비행체를 설계하고 예비 설계를 시작하는 데 필수적인 정보를 제공하는 더욱 효율적이고 효과적인 설계방법으로 적용될 수 있다.
Language
eng
URI
https://hdl.handle.net/10371/161011

http://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000156691
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