부메랑 설계, 실험 - 창의적 사고와 DOE를 활용하여 주어진 부메랑의 회귀하는 비행능력을 최대로 하기 위한 최적 조건(설계사양)을 구한다

소개글

부메랑 설계, 실험 - 창의적 사고와 DOE를 활용하여 주어진 부메랑의 회귀하는 비행능력을 최대로 하기 위한 최적 조건(설계사양)을 구한다에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적

2. 실습내용

3. 부메랑 이론

4. 아이디어 창출 과정
　가. 변수 설정
　나. 변수에 대한 설명

5. 부메랑 설계
　가. 부메랑 전체 설계도
　나. 변수설명
　다. 제작과정

6. 실험 및 결과
　가. 변수정리
　나. 설계유형
　다. 결과 그래프 (Minitab 이용)
　라. 변수의 최적값 설정

7. 결론

본문내용

랑의 날개 모양
2) 부메랑의 재질
3) 날개의 수
4) 날개의 길이
5) 부메랑의 몸통 모양
6) 날개의 단면의 모양
이외에도 많은 변수들이 있겠지만, 위의 7가지를 가지고 생각해 본 결과 다음과 같다.
1) 부메랑의 날개 모양
(날개수가 같아도 매우 다양)
2) 부메랑의 재질
(우드락으로 고정. 변수 설정에서 제외)
3) 날개의 수
(2개, 3개, 4개 등 다양)
4) 날개의 길이
(날개의 길이에 따라 양력을 받는 면적이 길어진다)
5) 부메랑의 몸통 모양
(몸통의 모양을 다양하게 설정 가능)
6) 날개의 단면의 모양
(단면의 모양으로 실질적 양력의 크기 변화)
위에서 살펴본 6가지의 변수 중 4가지의 변수를 골랐다.
제1변수 : 몸통의 모양 변화
제2변수 : 날개폭의 변화
제3변수 : 날개 길이의 변화
제4변수 : 날개의 단면변화 (보조날개)
나. 변수에 대한 설명
제1변수는 부메랑의 회전 중심축의 변화가 회기능력에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위하여 부메랑의 중심에 원으로 구멍을 뚫어 실험해보기로 했다.
제2변수는 날개 끝부분의 직경의 변화 즉, 날개크기의 변화를 주어서 체공시간과 돌아오는 능력에 어떤 변화를 줄지 실험해 보기로 했다.
제3변수는 날개의 길이에 변화를 주었다. 이는 실질적으로 부메랑이 공기와 부딪히는 부분을 넓혔을 때 부메랑의 양력의 변화에 따른 체공시간과 회기능력을 실험하였다.
마지막으로 제4변수는 비행기가 이륙할 때 날개의 끝부분에서 보조날개가 아래로 내려가는 모습을 상상했다. 이렇게 하면 공기가 보조날개를 통해서 아래로 내려가는 반작용으로 추가적인 양력이 발생하는데, 이를 부메랑에 적용해 부메랑 날개에 보조날개를 만들어 보기로 했다.
5. 부메랑 설계
가. 부메랑 전체 설계도
나. 변수설명
변수 1. 몸체의 구멍 (R1)
날개와 접하는 부분 : 4cm
날개와 날개 사이 각도 : 120도
-몸체의 구멍에 대한 변수설정 (R1)
수준 1
수준 2
수준 3
구멍 없음
직경 2.5cm
직경 3.5cm
변수 2. 날개 끝부분의 직경 (R2)
-원의 직경 변수설정 (R2)
수준1
수준2
수준3
직경 3cm
직경 4cm
직경 5cm
변수 3. 날개 길이의 변화 (A)
-날개 길이의 변수설정 (A)
수준 1
수준 2
수준 3
10cm
12cm
14cm
변수 4. 보조날개 (t')
가로길이는 날개의 중심까지이다.
수준1
수준2
수준3
없음
두께 0.25cm
두께 0.5cm
다. 제작과정
1) 부메랑의 도안 그리기
2) 도안보다 조금 더 크게 자른 후 다듬기
3) 잘라진 부메랑의 날개에 경사, 기울기 만들기
4) 사포를 이용하여 유선형으로 만들고, 깔끔하게 다듬기
6. 실험 및 결과
가. 변수정리
설계변수
설계변수 설명
수준1
수준2
수준3
R1
몸체의 구멍
없음
2.5cm
3.5cm
R2
날개끝의 직경
3cm
4cm
5cm
A
날개의 길이
10cm
12cm
14cm
t'
보조날개 두께
없음
0.25cm
0.5cm
나. 설계유형
조합번호
설 계 변 수
고객사용조건에 따른 비행시간 (sec)
S/N 비
R1
R2
A
t'
CASE 1
CASE 2
1
1
1
1
1
1.8
1.9
1.6
1.4
4.30
2
1
2
2
2
2.0
1.9
1.7
1.7
5.16
3
1
3
3
3
2.2
2.0
1.8
1.7
5.56
4
2
1
2
3
1.6
1.8
1.5
1.4
3.84
5
2
2
3
1
1.8
1.9
1.6
1.5
4.50
6
2
3
1
2
1.7
1.7
1.5
1.6
4.18
7
3
1
3
2
1.5
1.6
1.4
1.4
3.34
8
3
2
1
3
1.6
1.7
1.5
1.5
3.91
9
3
3
2
1
1.9
1.8
1.6
1.7
4.81
#고객 사용조건-CASE 1 : 바람이 거의 불어오지 않음
-CASE 2 : 조금 강한 바람이 불어옴
다. 결과 그래프 (Minitab 이용)
라. 변수의 최적값 설정
설계변수
설계변수 설명
수준1
수준2
수준3
R1
몸체의 구멍
없음
2.5cm
3.5cm
R2
날개끝의 직경
3cm
4cm
5cm
A
날개의 길이
10cm
12cm
14cm
t'
보조날개 두께
없음
0.25cm
0.5cm
7. 결론
브레인스토밍을 통해 설정된 4개의 변수가 부메랑의 비행시간에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 설계변수의 수준에 따라서 큰 변화가 있는 것들도 있었지만 비슷비슷한 것들도 있었다.
제일먼저 몸체의 구멍을 뚫을 경우, 부메랑의 전반적인 무게가 감소하게 되면서 안정성이 떨어지는 것을 확인했다. 그리고 외부적 요인, 예를 들어 강풍이나 비바람 등으로 인해 부메랑의 궤도가 잘 흐트러지고, 불안정해졌다. 반면, 구멍이 없을 경우에는 앞에서와는 반대로 무게가 좀 더 나가서 매우 안정적이었다.
다음으로 날개 끝의 직경과 날개의 길이는 이론적으로 둘 다 크다면 부메랑이 큰 양력을 받아 더 안정적이고 오랫동안 비행할 수 있다. 하지만 실험에서는 날개 길이의 경우 ‘수준2’에서 최적의 값이 설정되었다. 이는 부메랑을 만드는데 적절한 날개길이와 직경의 비율이 있을 텐데, 이번 실험의 전제조건( 재질에 따른 무게, 부메랑의 직경 부메랑의 두께 ) 아래에서는 실험결과가 보여주는 변수의 수준이 비행에 제일 적합해서 일 것이라고 추측한다.
보조날개의 두께는 ‘수준1’과 ‘수준3’이 거의 비슷한 값을 갖는데, 이 또한 위에서 말한 것처럼 부메랑의 조건에 따라 더 큰 양력을 받을지 아니면 비행에 방해요소가 될지 결정된다.
이번 실험을 통해서 브레인스토밍의 효과와 효율성에 대해 깨달았다. 그리고 부메랑의 원리를 이해하고, 원리에 영향을 미치는 가장 적합한 변수를 직접 설정하고 실험을 해보니, 좀 더 이해하기 쉬웠다. 또한 교수님이 말씀 하셨듯이 부메랑을 처음 만들 때는 모듈러스 설계로 만들었었다. 그런데 완성된 부메랑을 직접 날려보았더니, 안정적이지도 못하고, 부메랑의 몸체와 날개사이에 조금씩 틈이 생기거나 파손이 생겼다. 그래서 그 다음부터는 그냥 일체형 부메랑을 만들었고, 모듈러스 설계로 만든 부메랑은 실험결과에 일부만 반영하였다.
처음에는 많은 부메랑을 제작하였지만, 실험 도중 파손되고, 파괴되는 부메랑이 많아 매~우 안타깝고 눈물이 났다....

키워드

부메랑,   양력,   항력,   설계,   아이디어 창출,   부메랑 제작,   부메랑 실험,   브레인스토밍,   부메랑 설계,   변수 설정