[논문]헬기용 와이퍼 조립체의 가속모델 및 가속수명시험 설계 연구

김대유; 허장욱; 전부일

doi:10.9766/kimst.2018.21.6.894

헬기용 와이퍼 조립체의 가속모델 및 가속수명시험 설계 연구
A Study on Accelerated Life Testing Model and Design 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.21 no.6, 2018년, pp.894 - 903

김대유 (금오공과대학교 기계시스템 공학과) , 허장욱 (금오공과대학교 기계시스템 공학과) , 전부일 (한국항공우주산업 개발사업관리본부)

Abstract ▼ AI-Helper

In the case of helicopters, the development of parts technology is rapidly changing, and the complexity is rapidly increasing. Particularly, the surge of various electric and electronic systems is recognized as a problem that is directly related to the safety of the helicopter. Due to these problems, there is a growing interest in reliability evaluation in the face of the problem of confirming and certifying the reliability of parts in the development stage. In this paper, the analysis of the failure mechanism of the wiper system was carried out, and the priority and importance of each failure mode were checked by using the results, and major stress factors were derived and the corresponding acceleration model was selected. Also, the accelerated lifetime test time was calculated according to the life test time, acceleration status and acceleration level of the steady state by using the selected acceleration model and characteristic values.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Components of the wiper system
표 Table 1. Top five parts of wiper prediction failure rate
그림 Fig. 2. FTA of top-level RPN
표 Table 2. FMEA results of RPN failure modes
표 Table 3. Results of accumulator 2Stage QFD level 1
표 Table 4. Results of accumulator 2Stage QFD level 2
그림 Fig. 3. Effective distance of brush and commutator
그림 Fig. 4. Wear mechanism of motor shaft and bearing
그림 Fig. 5. Motor coil insulation example
표 Table 5. Acceleration stress, model and acceleration factor formula according to failure mode
표 Table 6. Characteristic value of deterioration failure mechanism
표 Table 7. Test time according to the number of reliability test samples and confidence level
표 Table 8. Acceleration factor according to temperature change
그림 Fig. 6. Acceleration factor according to change of temperature and humidity
그림 Fig. 7. Test time according to change of temperature and humidity(Confidence level : 60 %)
표 Table 9. Test time according to change of temperature and humidity(H)
그림 Fig. 8. Test time according to change of temperature and humidity(Confidence level : 90 %)

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

FMEA 및 FTA 수행결과 도출된 고장모드 중 와이퍼 조립체의 성능에 영향을 미치는 스트레스 인자를 식별 하기 위하여 2Stage-QFD(Quality Function Deployment) 를 수행하였다. 2Stage-QFD 1단계에서는 Table 3과 같이 모터, 축, 링크, 볼 베어링 및 기어에 대한 각각의 고장과 온도, 진동, 습도, 먼지 및 충격의 관계를 나타내고 있다.
따라서 본 연구에서는 헬기용 핵심 구성품 중 하나인 와이퍼 조립체를 대상으로 고장률 예측, FTA 및 FMEA를 통하여 주요 고장모드와 고장 메커니즘을 조사하였으며, 2Stage-QFD를 통하여 주요 스트레스 인자를 도출하여 가속모델 및 가속수명시험을 설계하였다.
헬기용 와이퍼 조립체의 가속수명시험 설계를 위해 고장률 예측, FMEA, FTA를 수행하였으며, 이를 통하여 와이퍼 조립체의 고장모드 및 메커니즘을 분석하여 가속인자 및 가속수명시험을 설계하였다. 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.

대상 데이터

602와 2,989H가 계산되었으며, 고장률 예측 상위 5개 부품을 Table 1에 나타내었다. 표로부터 모터가 가장 높은 고장률을 나타내었고, 블레이드 패드, 웜 샤프트, 기어, 베어링 순으로 예측되었으며, 이러한 결과는 FTA의 Critical Path에서 주요 고장모드를 나타내는 부품과의 비교를 통해 수명시험 항목 선정의 기준자료로 사용하였다.

데이터처리

이 때, 신뢰도의 척도는 고장률의 역수로서 MTBF로 정의할 수 있으며, ARW(Airborne Rotary Wing) 환경조건과 38 ℃ 온도조건을 대상으로 Relex 2011을 사용하여 분석하였다. 와이퍼 조립체에 대한 고장률 및 MTBF는 분석결과 각각 334.

성능/효과

1) 와이퍼 조립체의 가장 치명품목은 모터이며, 온도와 습도에 매우 민감함을 알 수 있다.
2) MTBF 보증시험의 경우 최소한의 시료 수량으로 신뢰수준 60 %로 시험시 2,849H의 시험시간이 도출되었다.
3) 가속수명시험의 경우 최소한의 시료 수량으로 신뢰 수준 60 % 및 시험온도 70 ℃와 습도 95 %로 시험시 112H의 시험시간이 요구된다.
또한, 신뢰 수준 90 %의 경우 시료수가 1개 및 3개일 때, 시험온도 50 ℃와 습도 85 %에서 시험시간은 각각 784H 및 851H이었으나, 시험온도 70 ℃와 습도 95 %에서는 각각 101H 및 110H로 감소되었다. 따라서, MTBF 보증 시험을 가속수명시험으로 수행시에는 시료수가 최소인 1개이고, 최소 신뢰수준이 60 % 일 때, 시험온도가 70 ℃와 습도 95 %에서 최소 112H의 시험시간이 필요함을 알 수 있다.
신뢰수준이 60 %의 경우 시료수가 1개 및 3개일 때, 시험온도 50 ℃와 습도 85 %에서 시험시간은 각각 865H 및 939H이었으나, 시험온도 70 ℃와 습도 95 % 에서는 각각 112H 및 121H로 감소되었다. 또한, 신뢰 수준 90 %의 경우 시료수가 1개 및 3개일 때, 시험온도 50 ℃와 습도 85 %에서 시험시간은 각각 784H 및 851H이었으나, 시험온도 70 ℃와 습도 95 %에서는 각각 101H 및 110H로 감소되었다. 따라서, MTBF 보증 시험을 가속수명시험으로 수행시에는 시료수가 최소인 1개이고, 최소 신뢰수준이 60 % 일 때, 시험온도가 70 ℃와 습도 95 %에서 최소 112H의 시험시간이 필요함을 알 수 있다.
즉, 시료 수가 1개일 때 신뢰수준 90 %는 신뢰수준 60 %에 비해 243H(약 8.5 %)의 시험시간이 추가로 필요하고, 신뢰수준이 90 % 일 때 시료 수 1개는 시료수 3개에 비해 288H(약 10.3 %)의 시험시간이 추가로 필요함을 제시하고 있다. 그리고 시료수가 최소인 1개이고 신뢰수준이 60 %의 경우 시험시간은 2,849H를표시하고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	헬기용 와이퍼 조립체의 구성은?	헬기용 와이퍼 조립체는 Fig. 1과 같이 모터/컨트롤 장치, 플렉스 드라이브, 컨버터, 암, 블레이드로 구성 되어 있으며, 우천시에 윈드실드를 깨끗하게 하여 조종사의 시야를 확보하는 기능을 수행하는 헬기 구성품 중 하나이다.
	와이퍼 조립체의 특징은?	헬기에 탑재되는 와이퍼 조립체는 비나 눈이 오는 악기상시 안전한 운행을 위해 반드시 정상동작이 요구되는 핵심 구성품으로 분류되고 있으며, 안전성 측 면에서 기본적인 성능뿐만 아니라 수명시험 등이 강조되고 있다.
	무 고장 시험방식의 장점은?	상대적으로 시험시간이나 시료 수가 단축된다는 장점을 갖는다. 수명을 보증하기 위한 무 고장 합격기준을 적용하는 시험에서는 규정된 사용수명과 신뢰수준을 만족하는 시료 수 n과 무 고장 시험시간 t를 결정 하게 된다.

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