Từ những thông tin trên, dé tài này đi vào xây dựng qui trình thiết kế hìnhdang UAV dựa trên yêu cầu của khách hàng, từ đó xác định nhiệm vụ và mục tiêuthiết kế, đưa ra cau hình thiết kế
Trang 1ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRAN NGUYEN MINH TOÀN
XÂY DỰNG QUY TRINH THIET KE HÌNH DANG
MAY BAY KHONG NGUOI LAI (UAV)
Chuyên ngành : Kỹ thuật Hàng không
Mã số: 60 52 31
TP HÒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2016
Trang 2Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Vũ Ngoc AnhCán bộ cham nhận xét 1 : TS Ngô Dinh Trí.
Cán bộ cham nhận xét 2 : TS Lê Tuấn Phương Nam
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQGTp HCM ngày 24 tháng 07 năm 2016.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:1 PGS.TS Nguyễn Thiện Tống
2.TS Trần Tién Anh3.TS Ngô Khánh Hiếu
4 TS Ngô Đình Trí
5 TS Lê Tuan Phương NamXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyền ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA
Trang 3ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trần Nguyễn Minh Toàn MSHV: 12420227
Ngày, tháng, năm sinh: 23/11/1989 Nơi sinh: Long An
Chuyên ngành: Kỹ thuật Hàng không Mã số: 60.52.31
I TÊN DE TÀI: XÂY DUNG QUY TRINH THIẾT KẾ HINH DANG MAY BAYKHONG NGƯỜI LAI (UAV)
NHIEM VU VA NOI DUNG:- Phân tích kỹ thuật yêu cầu của khách hang bang công cụ QFD và khảo sát tương quan.- Phân tích và lựa chon cau hình sử dụng phương pháp Pugh’s
- Thiết kế sơ bộ dựa trên các dữ liệu dau vào - Tính toán các thông số đặc tinh và ôn định.- Tối ưu hóa cau hình bằng Matlab
Il NGÀY GIAO NHIEM VU: 11/01/2016.Ill NGAY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 17/06/2016.IV CAN BO HUONG DAN: TIEN SĨ VU NGOC ANH
Tp HCM, ngày 05 tháng 09 năm 2016CÁN BO HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
Trang 4Trong suốt thời gian học tập ở trường Đại Học Bách Khoa, tôi đã nhận được rất nhiềusự dạy bảo, giúp đỡ tận tình của tất cả các thay cô và các bạn cùng khóa, đó chính là
động lực, là niêm tin dé tôi có thê vừa học vừa làm.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Ngọc Ánh, người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn
tôi hoàn thành Luận văn Thạc sĩ.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật Hàng không, nhữngngười đã dạy dỗ, động viên tôi trong suốt những năm học tập tại trường
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn tới gia đình tôi, những người đã luôn ở bên vàđộng viên dé tôi có thé vượt qua được những khó khăn trong cuộc sống
Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên Luận văn này không tránh khỏi nhữngthiếu sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý giúp đỡ của quý thầy cô và các bạn
Tp Hỗ Chí Minh, ngày 17 tháng 6 năm 2016
Trần Nguyễn Minh Toàn
Trang 5TOM TAT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy bay không người lái (UAV) Bằng cáchsử dụng phương pháp phân tích chức năng thành phần và một số phương pháp phântích tiếp cận khác để đánh giá, phân tích các dữ liệu đầu vào, xác định nhiệm vụ vàmục tiêu thiết kế Từ đó, đưa ra các thông số đầu vào cho quá trình thiết kế sơ bộ, tính
toán các thông sô đặc tính và ôn định.
Việc tính toán và tối ưu hóa được thực hiện thông qua công cụ Matlab, trong đókết qua được kiểm tra, lặp lại và tối ưu hóa thông qua hàm mục tiêu cùng với biến thiếtkế và các ràng buộc cho đến khi đạt được kết quả phù hợp nhất với mục tiêu thiết kế
MASTER'S THESIS SUMMARY
The aim of this thesis is Unmanned Aerial Vehicle (UAV) By using a method ofanalysis and a functional component of analytical methods for evaluating different
approach, analyzing the input data, determine the tasks and objectives design Since
then, given the input parameters for the preliminary design, calculation parameters andstability characteristics.
The calculation and optimization is done through Matlab tools, including test
results, repeatability and optimized through the objective function with designvariables and constraints until achieve best matches with the design goals.
Trang 6Luận văn nay đã được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu cácnguôn tài liệu bao gồm sách báo, công trình nghiên cứu chuyên ngành và thông tin trên
Trang 7Mục lục
MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH VẼDANH SÁCH BẢNG BIÊUCHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 2-s< <4 TEretrAenrentareorieoreeooee 1
1.1 Giới thiệu Chung - << <0 1
1.2 Mục đích nghiÊn CỨU - Ă E19 kg 2
1.3 Đối tượng nghiên CỨU ¿- ¿5 252 SE‡E+EESE#ESEEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrrrkreee 2
1.4 Lịch sử nghiÊn CỨU - - << <1 101111 00 2
1.5 Phạm vi nghiÊn CỨU - .- << 5G 001.00 8
1.6 Phương pháp nghiÊn CỨU (<< S1 11001 kg 9
1.6.1 QFD (Quality Function Deployment) 2< << eeeeeese 9
1.6.3 Giải thuật thiết KẾ tối ưu -G- + 11t 53 9121 3E 3128 SE xnxx: 131.6.4 Phương pháp thống kê - ¿2 <5 SE2E*E2EEEEEEEEES E1 E112 5111 15CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CAN 55-< << cscsesesesesssseseee 162.1 Công cu triển khai chức năng thành phân (OFI) Q ST 16
2.1.1 GIới thiỆU - SG 900 nọ vn 162.1.2 LỢI ÍCH G9000 16
2.1.3 Co sở phat thin o ceccccccccccscsscsessssssesscssscssesesessesesesscsesesscsescssesssesesssseeecseseees 162.2 Cơ sở lý thuUYẾT: -¿- 5-5 St 2 E232 1 3913 12113111111 1111.11 1111111111111 182.2.1 Yêu cầu khách hang (customer requirermen†) - - 25s s+s+s+sss¿ 18
2.2.2 Ma trận hoạch định (Planning matrix) - << << + +2 18
2.2.3 Yéu cau kỹ thuật (engineering Characteristics) << «+2 18
2.2.4 Ma trận quan hỆ - - G9990 0000 kh 192.2.6 Mục LIỀU (c9 20
2.3 Phân tích nhiệm VỤ -c S000 0110010100060 111111000 1111111 1 1n 0 5 8h 20
2.3.1 Yêu cầu của khách hàng -¿- - ¿+22 SE +E£E£EE£EEEEEEEEEEEEErkrrerrrrerrred 202.3.2 Yêu cầu của Kỹ SU ¿-:- c2 121 1 15111 1111115151111 1111011111101 11 cty 212.4 Phân tích kỹ thuật yêu cầu của khách hàng + ¿25+ 2 s+s+csce+x+xscs2 23
Trang 82.5 Phát triển cau hình dựa trên thông số thiết kế kỹ thuật - - 2 se: 312.6 Kết luận ¿ - St 1 E313 15131511 111151115 111111111111 11 11111111 11110111 111111 y0 34CHƯƠNG 3: CHON CÂU HÌNH THIET KE - 5< 5 s52 s52 sess 353.1 So sánh và phân tích các cấu hình ¿+ - + + 2+2 ££+x+E#E£E+EeEerxererersrrsred 353.2 Lựa chọn Cau hình - - sex E S118 E E111 E 11T 1111111 1n ri 38
3.2.1 Phương pháp chon lựa Pugh”S - (<< + ng re, 38
3.2.2 Chọn Cau hình - - + tt 519191911391 91 1 E111 111112 ng ng rke 39
3.2.3 Chọn airfOi ¿6 56k E9 E119 1 1115152111511 11151511111511 11511111110 403.2.4 Xác định hình dạng cánh và V1 trí đặt cánh - «se 4I3.2.5 Chọn đuôi ngang . - ng re 46
3.2.6 Chọn đuôi đứng - << s00 900 vn 483.2.7 Càng đáp HH Tre 46
CHUONG 4: THIẾT KE SƠ BỘ HINH DANG MAY BAY 494.1 Trọng lượng thiết kế của máy bay - ¿6 5252 Sx+E+EE£keEvErkrkererkrrrrereee 494.1.1 Trọng lượng CAt Cáánnh c1 v1 111119111 5 11115151111 11g ng ng rke 49
A.1.2 Trong Ling rOng na 54
4.1.3 Trọng lượng nhién TIỆU 5G E2 0010110111 1399111111 v.v vn 54
4.2 Diện tích cánh, công suất cất cánh Pro của MAY bay - + 55s s55: 544.2.1 Vận tỐc SfalÌ - - tt k1 51 11 19v 9111919111 9111111111 111101111 111g ng 544.2.2 Quang đường cất cánh ¿+ + S2 2E2EEESEEE2 2312121111111 11 re 554.2.3 Tốc độ Í€O G9 919191 8 5 5111919111 01111115 01110101111 111112 1g ng 564.2.4 Vận tốc bay bằng ¿c2 t2 1111111121111 0111 1111111111111 cke 574.2.4 Hệ số lực nâng lớn nhất Cy „uax - ¿5-5 52 S2 S2 SE2E E2 2E EEE 1E EEErkrrrreee 584.2.5 Tong hop 1 0 6 -1-1 584.3 Xác định kích thước cau hình thiẾt kẾ - ¿5 + + 52522 S£+x+EeEzxersrerssrsred 60
4.3.1 Kích thước than ¿- - ¿2E 2+3 SE 151111111121111511 1151111111 te 604.3.2 Kích thước đuôi -¿- - <6 SE SE 1511 1111521111511 1 15111111 te 62
4.3.3 Xác định kích thước bê mặt điều khiến - + + 255252 5s+s+scscs+2 66
4.3.4 Lựa chon động cơ, chong chóng - << c cv 67A3.5 CAng na ea 70
Trang 9Mục lục
4.3.6 Vị trí đặt nhiên liỆU ¿E52 +E+E£ E9 2E E23 1211121121111 1.1 7I
4.4 Tổng hop thông số kích thước máy bay thiết kẾ: -. - 25 +52 25s ss5s+z 724.4.1 Thông số kích thước cánh - + + 2s 5£ x+E+E££E+EeE+Eetererxrrrerree 724.4.2 Thông số kích thước của đuôi ngang - - 2 2 2 25s+c+c£z£s+ezescee, 724.4.3 Thông số kích thước đuôi đứng - + ¿+55 5+ +E+EvE+£xvxerrrrrerecree 72AAA Chiều dài thân ¿- 6-52 S621 1E 121211151113 11 1111115111111 01 1101011111 y0 73
CHUONG 5: TÍNH TOÁN, TOI UU HÓA CAC THONG SO ĐẶC TÍNH VA
5.1.7 Giảm dO CAO! eccecceccccccccccssssssssseeecccccceeeccceueeseeeececccceeeeeauessseeeeececeeeeeeeeaqagees 85
5.1.8 Quang đường và Thời gian bayy «<0 ng re 86co Da 86
5.1.10 Vận tốc giới hạn - ¿6 + S123 1 12121111 111151111 1111111111111 01 11 cv 865.1.11 Khối lượng nhiên liệU - ¿-¿- ¿5£ +EE2EESE£ESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkerrred 865.2 Ôn định và điều khiỂn ¿- - ¿6 52 SE SE‡ESEEEEEESEEEEEESEEEEEEEErkrkrrrkrkerrred 885.2.1 Ôn định tĩnh và điều khiến theo phương dọc - + 2 55s+csc<c: 885.2.2 On định tinh theo phương ngang c.c.cccecscscesssesescsessseseseseessesseseseeeeens 935.2.3 On định và điều khiến tĩnh lăn c.cccccccccsescsesesescsesesscsessesesesessesesseseeees 945.3 Các phương trình chuyển động của máy bay - 25552 cecesrsrerssrsred 965.3.1 Các hệ số ôn định và điều khiỂn - 6s x2 EEsESESESE£vEsEsErkeeseree 965.3.2 Đáp ứng 6n định và điều khiến . - ¿+5 2 22252 e+x+Ezezxerersrree 985.3.3 Đáp ứng chuyên động theo thời gian: ¿+ 5552 s+cscecsccee 995.4 Tổng hợp các biến thiết kế, điều kiện và hàm mục tiêu: 1075.4.1 Biến thiết kế: - - cc ca s S28 S91 S S285 S323 1k2 TH SH ng ng 107
Trang 105.4.2 Điều kiện rang buộc (COnSfTaITnf): - S9 1111k, 108
5.4.3 Hàm mục tiêu (Objective ẨUnCfIOR)): s99 111111 ke 111
5.5 Tối ưu hóa: oe eeeseecsecseessesseesseeseessecseesecsnccnecscenseuceseceusseceueeseeeueeuesseeeneeneeseeeneeneeaees 112CHƯƠNG 6: KET LUAN 5 5-5-5 2 5% << << s3 s99 sesesesesesesesesee 1166.1 Những điểm đạt ẨƯỢC: (S11 SE 11T TT HT TH T TH reg 1166.2 Hạn ChẾ: G6 EE 31+ E3 E111 11 8E 51111111111 1111 1111111111111 1 1111111111 11x gxc 1166.3 Hướng phát triỂn: + ¿6 +59 SE+k+ESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrrkrkrreee 116
PHU LUC
TAI LIEU THAM KHAO
Trang 11Danh sách hình vẽ
DANH SÁCH HÌNH VE
Hình 1.1 Các giai đoạn của quá trình thiết kế máy bay - 555cc cscsccee 2Hình 1.2 Quy trình thiết kế cầu hình ¿- - +2 2 SE +E+E£E£E£EE£E£E£ESEEEErErErrrrersred 3Hình 1.3 Quy trình thiết kế sơ bộ hình dạng máy bay -. 5- 2 555252 5s+5+2 3Hình 1.4 Thiết kế sơ bộ dựa trên các công cụ hỗ trợ và phương pháp thiết kế 4Hình 1.5 Ứng dụng phương pháp Pugh’s - ¿2-5-5622 SE +E£E+EzEEErkrkrrerersred 5Hình 1.6 Quy trình thiết KẾ -¿ ¿E552 SE E915 1 1211151151111 1111121111111 exrk 6Hình 1.7 Quy trình thiết kế sơ bộ - + 2E 5E 2E9EE2EEEEEE£E2EEE E111 E111 eckrkd 8Hình 1.8 Ngôi nhà chất lượng ED ¿- - E2 2 SE SE£E£ESEEEEEEEEEEEEEEEEEErErrrrkred 9Hình 1.9 So đồ giải thuật phương pháp Pugh’s 2- 52 5252 552s+£+£s£cszeccee 12Hình 1.10 Lưu đồ thiết Kế tối ưu ¿-¿- - + 2 + 252 SEEE+E+EEEEE£E£ESEEEEEEEEEEEEEErkrkrree 14Hình 1.11 Quy luật ảnh hưởng dựa trên phương pháp thống kê - 15Hình 2.1 Cau trúc ETD ¿=2 E1 9191 91 về 91911 1 9 112111 E111 gu ng: 17
Hình 2.2 Các giai đoạn của quá trình CF ÌÏD << 5 1S 193999111 1 111 re 18Hình 2.3 Đặc tinh của camera 70 IV ÌL - - - c5 c5 SE 11111111111 11x re 23
Hình 2.4 Phân tích kỹ thuật yêu cầu của khách hàng - - + 25-52: 24Hình 2.5 Thống kê đánh giá yêu cau của khách hàng 2-5- 5 c2 2+s+s+c+2 25Hình 2.6 Thống kê đánh giá sự tương quan với đặc tính Endurance và Payload 27Hình 2.7 Biểu đồ liên hệ giữa Endurance và Range - 55555 28Hình 2.8 Biểu đồ liên hệ giữa Ceiling và Payload - ¿5s csccccececrerererreee 28Hình 2.9 Biểu đồ liên hệ giữa Endurance và Speed ¿5 + 5s sccscscsccee 29Hình 2.10 Thống kê đánh giá sự tương quan với đặc tính “Easy to operation” 30Hình 2.11 Thống kê đánh giá độ tương quan giữa hai đặc tính - 30Hình 2.12 Phát triển cau hình dựa trên thông số thiết kế kỹ thuật 32Hình 2.13 Biéu đồ liên hệ giữa WTO và Wingspan -5ccccccccccrerecceee 33Hình 3.1 Cau hình máy bay thông thường + ¿2 22 +22 £2£E+E+E+£z£zrszxreee 36Hình 3.2 Cau hình cánh kết hợp với đuôi -. + ¿+ 2 +2+£+E+E£E£E+E+EzEzrzrsrereee 36Hình 3.3 Cau hình máy bay hai đuôi ¿- 5 52 252 SE2E+ESESEE£E£ErEeErrerkrerree 37Hình 3.4 Cau hình máy bay canard ¿- - 2 + 2s+s+SESE+E#EEEEEEEEEEEEErEkrkrkrrkrrrreee 38
Trang 12Hình 4.2 Các giai đoạn bay - - cọ re 51
Hình 4.3 Đồ thị liên hệ giữa (L/D) max và Wetted aspect rafIO «««- 52Hình 4.4 Ty số L/D của các giai đoạn bay cecccccsescssessscssssssesesessssssesesessseseeseseens 53Hình 4.5 Quang đường cất CNN cececcccsessesesessesessssescsscsesessesesesscsesesssseseseeseseeeesese 54Hình 4.6 Đồ thị liên hệ giữa Quang đường và Thông số cất cánh - 55Hình 4.7 Tổng hợp các điều kiện thiết KẾ - + 2 25252 E222 £E£E£EzErrxrerree 58Hình 4.8 Thong kê chiều dài tong thé của UA V -.- ¿5-5 2 +2s+x++£s+xezezxcsee 61Hình 4.9 Hình chiếu đứng của UAV thiết kẾ ¿5-5255 S22cS+2EcvvEcxevererrrrees 62Hình 4.10 Đồ thị tỷ số thể tích đuôi ngang - ¿2-2 555 S2 ££+E+E+£z£zszereee 63Hình 4.11 Đồ thị tỷ số thé tích đuôi đứng eseeseseseesesesesseseseeseseseesesen 64
Hình 4.12 Cánh tay don của đuôi đứng và đuôi ngang «55c sss 65
Hình 4.13 Động cơ 3W-55 Xi CS - - 5c tt S1 12111111211011121111 012111111 1 re 68
Hình 4.14 Kích thước động cơ 3W-55X1 CS HH Hee 68
Hình 4.15 Chong chóng UAV thiết KẾ ¿2 + 52222 £E£ESEEEEEeEErkrkrrerrrreee 69Hình 4.16 Cau hình co bản của UAV thiẾt KẾ - ¿5 2552 2e+cccecevrerererrees 73Hình 4.17 Bồ trí các hệ thống chính trên UAV thiết kẾ ¿-5- 52 2 25s+s+5+2 74Hình 5.1 Sơ đồ lực cản hình dạng -. - + 2 2522223 E2 2E EE2E£E2 E1 EEEEEEEEErErkrree 75
Hình 5.2 Diện tích ướt của thân CĐ 3013331111110 1 9111111111111 1 1 tren 76
Hình 5.3 Sơ đồ lực cản cảm Ứng ¿6-2 52SE E3 EE2EEE 2E Ekrrrreee 79Hình 5.4 D6 thị Cy, theo CCp, G6 SE 51915191 3 9191915111 11111111 111121 11 ni 70
Hình 5.5 Quá trình leo của máy bay - «che 81
Hình 5.6 Đồ thị vận tốc leo của UAV tai sea level và tại 1000 m - -: 81
Trang 13Danh sách hình vẽ
Hình 5.7 Giai đoạn bay bằng -¿- 5c S122 391 1211121211111 11011111111 cyye 32Hình 5.8 Các lực tác động khi lượn ở cao độ khơng đỔI SG con treo 84Hình 5.9 Các lực tác động khi lượn ở cơng suất khơng đổi -5- +: 85
Hình 5.10 Sự giảm độ CaO - << re S5
Hình 5.11 Đồ thị đặc tính cánh biên dạng NACA 23012 cà àẰ S9Hình 5.12 Biểu đồ liên hệ ko-k, VỚI Íg/CÍ¡ na S112 95E51E151 1E E1 sgk rkes 90Hình 5.13 Đồ thị tra ƠEy/ƠG - 5c c+c kh HH Hà ng 91Hình 5.14 Đồ thị tra hệ SỐ Ky vcccccseccccssecscececessssecscececessevecscececsevevscaceceesarscecessevavaeees 93Hình 5.15 Đồ thị đáp ứng theo phương ngang ¿-2- +5 2 2+s+s+£+£z£zzszxccee 94Hình 5.16 Đồ thị tra hệ số ơn định tĩnh lăn - - - SE E2 EsE+E£EeE£EEeEseseexei 95Hình 5.17 Đồ thị đáp ứng ơn định tĩnh lăn ¿-© < + E2 EsEsE+EeE£eEeEsesxseseree 95
Hình 5.18 VỊ trí đặt aIÏerOïn << << - c0 0333111101111 1 1111111111111 11 nen 96
Hình 5.19 Đồ thị đáp ứng của máy bay khi thay đối gĩc Elevafor - 101Hình 5.20 Đồ thị đáp ứng thời gian theo từng MOde 2-5552 scs+sze: 103Hình 5.21 Đồ thị đáp ứng thời gian với các gĩc aileron - + sssz‹ 104Hình 5.22 Đồ thị đáp ứng máy bay theo phương ngang - - 2 55555: 105Hình 5.23 Đồ thị đáp ứng các mode theo phương ngang 5- 5+: 107Hình 5.24 Lưu đồ thiết kế tối ưu + +2 22s te SE SE E2 ES2EE+EES2EE2EESEEseEEsEcseerserseea 113
Trang 14DANH SÁCH BANG BIEU
Bảng 1.1 Các thành phân chính của một UAV ¿ - + 2 252252 ++x+Ez£ezxvxersceee 6
Bang 1.2 Các thành phân chính của UAV với các giải pháp thiết kế - 7
Bang 1.3 Mối liên hệ giữa các thành phân chính và yêu cầu thiết kế - 7
Bảng 1.4 Mẫu ma trận phương pháp lựa chọn khái niệm Pugh's - 13
Bảng 2.1 Thong kê vận tốc khảo sát của một số dòng UAV -. - - 22
Bang 2.2 Thong kê một số mẫu UAV đã có trên thị trường - - 25
Bang 3.1 Ma trận lựa chọn cầu hình ¿sex 11121 1E 11121511 E811 rrrei 39Bang 3.2 Phân tích đặc tính khí động học AIrÍOIÏ, - << 5S 11s eess 40Bảng 3.3 Thong kê góc dihedral của một số dòng UAV 5-c s55: 44Bang 3.4 Đánh giá vị trí đặt cánh - - «<< < + re 46Bang 4.1 Thong kê tỷ số trọng lượng rỗng - + 2 ©2+++S+2x+E+E+cxvxerererreee 46Bang 4.2 Thong kê giá trị (L/D) max và Wetted aspect ratiO c-cccsccec 51Bang 4.3 Thong kê trong lượng cất CANN ceecccecesesssessesesesesesesessesesessesesesseseseeseses 53Bang 4.4 Thong kê vận tốc stall c.c.ccsccscscssssessssesesscsssesscsesessesesesscsesessesesesessessseeseses 54Bang 4.5 Thống kê quãng đường cat CMD ecccccesceescecsesseesesessscsesesessseseeseseens 55Bang 4.6 Hệ số ma sát ĐỂ mặt tt s11 121 E9 911151 8 3 51115121 51111111 gegkei 57Bang 4.7 Thong kê chiều dài thân của UAV - 255 522c2S+2e+ecEcevxerererreee 61Bang 4.8 Thong kê dữ liệu cánh tay đòn w.c.ccccccccsccsssessesesesesesesessesesessesesesseseseeseses 65Bảng 4.9 Thong kê dữ liệu diện tích elevator và rudder - 5s + s55: 67Bang 4.10 Thống kê động co của một số hãng sản xuất - - + 2552: 67Bang 4.11 Bang tra đường kính bánh Xe - (1 1119930511 13995111 995 ke 7]Bang 5.1 Bảng tra lực cản hỗn hợp ¿5-5-5252 S*2x+E+EteEekererererrerererrreerree 79Bang 5.2 Công suất cần thiết trong các giai đoạn bay c5 cccccccccccee 88Bảng 5.3 Thong kê số liệu tính Cypop sssssssesessesessesesesscsesesscscsesesscsesesscsesessesesesscseseesese 91Bảng 5.4 Thống kê số liệu tính Cjua/ - + 252562222 E2E2EEEEE£E£ESEEEEEEEEEEEEErkrkrree 92Bảng 5.5 Thông số tính Ky 5:56 5221239221 19E1 1211121111111 1110111 cyyeU 94Bảng 5.6 Phương trình tính dao hàm 6n định và điều khiến theo phương doc 97
Bang 5.7 Kết quả tinh đạo hàm 6n định va điều khiến theo phương doc 98
Trang 15Danh sách bảng biéu
Bảng 5.8 Phương trình tính dao hàm 6n định và điều khiến theo phương ngang 98
Bảng 5.9 Kết quả tinh đạo hàm 6n định và điều khiến theo phương ngang 98
Bang 5.10 Phuong trình đáp ứng 6n định va điều khiến theo phương doc 99
Bảng 5.11 Kết qua đáp ứng 6n định và điều khiến theo phương doc 99
Bang 5.12 Phương trình đáp ứng 6n định và điều khiến theo phương ngang 100
Bảng 5.13 Kết quả đáp ứng 6n định và điều khiến theo phương ngang 100
Bảng 5.14 Kết quả đáp ứng theo từng mode - + 5+2 +s+x+£ezs+xvzezsczee 103Bang 5.15 Ảnh hưởng của hệ số giảm chan đến thời gian đáp ứng - 104
Trang 16CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU1.1 Giới thiệu chung
Máy bay không người lái (Unmanned Aircraft Vehicle — UAV) là loại máy
bay không có phi công hay hành khách ngồi trên nó Vì không có người điều khiếnnên hoạt động bay của nó được điều khiến bằng các máy tính trên máy bay, các hệthong dẫn đường hay các hệ thống điều khiến trên mặt dat
Máy bay không người lái lần đầu tiên được tạo ra bởi quân đội của Hoa Kytrong cuộc chiến tranh thế giới lần thứ nhất Do là một chiếc máy bay điều khiếnbăng sóng vô tuyến, được sử dụng để mang tên lửa nhưng nó là bước đầu tiên chosự phát triển của công nghệ này Họ nhanh chóng nhận ra hiệu quả trong các ứngdụng quân sự như giám sát, đánh bom, tan công mặt đất cũng như trở thành mộtcông cụ tuyệt vời trong các nhiệm vụ dân sự như tìm kiếm và cứu nạn
UAV là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh chóng nhất trong ngành
công nghiệp hang không, đặc biệt là trong quân sự Nhờ các tinh năng ưu việt như
trọng lượng thấp, tốn ít nhiên liệu, thời gian bay cao, tầm quan sát tốt ngày càngđược cải thiện, UAV còn được nghiên cứu và phát triển cho mục đích dân sự nhưkhảo sát bầu khí quyên, phát hiện những đám cháy rừng, khảo sát rừng, an ninh
hàng không.
Đất nước Việt Nam trải dài trên nhiều vĩ tuyến, địa hình rất đa dang, với
vùng biển rộng hơn 1 triệu km”, đường bờ biển dài gần 3500 km, đường biên giớidài hơn 4500 km, 2/3 diện tích là d6i núi, trong đó 40% là rừng che phủ Rừng vabiển nước ta là kho tài nguyên quý giá cần được bảo vệ cho các mục đích bảo ton,nghiên cứu Mặt khác, vì đường biên giới trên bộ trải dài và vùng biến, đảo rộng lớncũng đòi hỏi quá trình giám sát, bảo vệ vì mục đích chủ quyên lãnh thô
Từ những thông tin trên, dé tài này đi vào xây dựng qui trình thiết kế hìnhdang UAV dựa trên yêu cầu của khách hàng, từ đó xác định nhiệm vụ và mục tiêuthiết kế, đưa ra cau hình thiết kế phù hợp yêu cầu đầu vào nhưng van dat được kết
quả tôi ưu hóa vệ các thông sô đặc tinh và hiệu suat hoạt động.
Trang 17Chương 1: Mở đầu
1.2 Mục đích nghiên cứu: Sử dụng những kinh nghiệm thu được từ các dự án
nghiên cứu và thiết kế UAV trên thế giới để giải quyết các van dé liên quan đến quátrình thiết kế và chức năng hoạt động, độ ôn định trong tất cả các giai đoạn củachuyến bay
1.3 Đối tượng nghiên cứu: Máy bay không người lái (UAV) là loại máy bay khôngcó phi công hay hành khách ngôi trên nó Vì không có người điều khiến nên hoạtđộng bay của nó được điều khiến bang các máy tính được cải tiến trên máy bayhoặc có thé bằng các hệ thống dẫn đường hay các hệ thống điều khiến trên mặt dat.1.4 Lịch sử nghiên cứu: Ngày càng nhiều công trình khoa học đã được nghiên cứuvà công bố về thiết kế, tôi ưu, phương pháp tiếp cận Tuy nhiên, tất cả chỉ mới
dừng lại ở các công trình riêng rẽ, chưa tạo được sự liên kết xuyên suốt, phương
pháp đánh giá còn cảm tính, chưa có phần mềm tính toán các thông số dựa trên dữliệu đầu vào
A Hai tác giả Liaquat U Iqbal và John O Sullivan đưa ra hướng thiết kế cầuhình [1] dựa trên công cụ triển khai chức năng các thành phan (QFD) va phuongpháp lựa chon cấu hình Pugh’s, trong đó sự thỏa mãn yêu cầu của khách hàng đượcđưa vào sản phẩm trước khi tạo ra nó Ý nghĩa quan trọng của việc này là hướngđến việc cải thiện những vấn đề trong quá trình tạo ra sản phẩm và hướng sản phẩm
sau cùng đạt đên những yêu câu của khách hàng một cach cao nhat.
na CONCEPTUAL DESIGN | Many Critical, Configuration level |REQUIREMENTS > -Explore widest possible design space decisions with least fidelity level——————+ <7 ‘Design numerous alternative aircraft concepts | tools
*Extensive desien trade studies*Ássss and Improve requirements — xi ` ae
PRELIMINARY DESIGN
*Starts when single concept selected ~ an
*Study it to find improvements, fix problems 3< — be £
mm 7 *Exper( assessments, sophisticated analysis & te“ ——————— Seca -——
*Key milestone: Configuration Freeze
DETAIL DESIGN
SS
*Design Actual Pieces to Be Built
“Surveys show that poor product
*Design Tooling and Fabrication Process—— == *Test Major Items - Structure, Landing Gear, definition is a factor in 80% of all
~~ ——_*Finalize Weight & Performance Estimates - = time-to-market delays.’
Ullman, Ð G —_ FABRICAHON
Hình 1.1 Các giai đoạn của quá trình thiết kế máy bay [1]
Trang 2
Trang 18sơ bộ hình dạng và thiết kế chi tiết [17] [18].
Việc thiết kế máy bay bao gồm ba bước riêng biệt: Thiết kế cấu hình, thiết kế
Mục đích của thiết kế cau hình là có thé đưa ra được những cau hình co bảnphù hợp nhất với những yêu cầu của khách hàng và nhiệm vụ mà nó hoạt động.Bang cách phân tích mục tiêu nhiệm vụ của UAV thiết kế, ví dụ như nhiệm vụ khảosát địa hình, quay phim, chụp hình hoặc theo dõi thời tiết, từ đó chuyển nhữngyêu cau của khách hang sang yêu cau thiết kế và có thé đánh giá được những giá trịnào trội hơn, những thông số cần quan tâm trong quá trình thiết kế nhăm thỏa mãnyêu cau khách hàng
/Z
Phântíchnhiệm
thuat
yéu cau
cua
khachhangSử dung
Mục đích của việc thiết kế sơ bộ hình dạng máy bay là đưa ra khối lượng vàkích thước của máy bay đã chọn trong quá trình thiết kế câu hình, gồm các giai
đoạn:
Ướclượng
thông sốthiết kếban đầu
Hình 1.3 Quy trình thiết kế sơ bộ hình dạng máy bay
Trang 19pháp lựa chọn cau hình Pugh’s.4 Tổng hợp kết quả.
Comprehensive Design Methodology
L¿
Hình 1.4 Thiết kế sơ bộ dựa trên các công cụ hé trợ và phương pháp thiết kế [1]CAD/CAE được su dung dé tinh toán các thông số hình học, khí động, cầutrúc và được tong hop dé áp dụng phương pháp Pugh’s Kết quả lựa chọn dựa trênma trận các chỉ tiêu và khái niệm thiết kế nhằm so sánh trực quan các khía cạnh củacầu hình lựa chọn
Từ kết quả ở hình 1.5, ta thay câu hình C-3 Tapered Wing-Body có nhiều ưuthế hơn trong các chỉ tiêu đặt ra như: hệ số lực nâng trên lực can (L/D) tốt nhất,trọng lượng kết câu thấp nhất, hệ số Von Mises của biến dạng dẻo tốt nhất, thé tíchkết cầu tương đương va do đó đáp ứng nhiều nhất các yêu câu thiết kế
Trang 4
Trang 20CAD Geometry Cp Distribution
Calculated in ANSYSStructural Results: Von Mises StressDistnbution
Concept Concept Geometric \erodynamics Structural Characteristics
Label Description Characteristics (L/D Ratio)
Internal Structural Weight Max Von Mises
Volume (kg) Stress (MPa)
(m’)
C-1 Untapered- 23.26 51.99 1056.77 $5.82
Wing-BodyC-2 Untapered- 23.26 51.35 1058.97 85.80
Wing-Body w/Dihedral
C-3 Tapered Wing- 23.26 52.88 790.59 220.32
Body
C-4 Tapered Wing- 23.26 52.39 829.85 165.71Body w/
{ ¬
C-l Untapered- C-2Wing-Body Body w/ Dihedral
Wing- C-3W ing-Body
UntaperedTapered C+Tapered
Wing-Body w/Dihedral
Hình 1.5 Ứng dung phương pháp Pugh’s [1]
Trang 21Chương 1: Mở đầu
Kết luận: Bài báo nay đưa ra phương pháp thiết kế cau hình UAV dựa trên
tính toán với sự hỗ trợ từ các công cụ CAD/ CAE và phương pháp Pugh’s nhưng
không phụ thuộc vào kinh nghiệm hay nhận định của người thiết kế Các biến thiếtkế còn chưa day đủ vả việc sử dụng QFD hạn chế dẫn đến chưa đáp ứng day đủ yêucâu thiết kế
B Tác giả M Sadraey trình bày trình tự thiết kế UAV qua các bước: Phân
tích dữ liệu dau vào, thiệt kê câu hình, thiệt kê sơ bộ [2].
ị UAV Design requirements
(Performance, stability, controllability, cost, time, operational, and manufacturing)
Bang 1.1 Các thành phân chính của một UAV [2]
Trang 6
Trang 22No | Component Primary function Major areas of influence| Fuselage Payload accommodations UAV performance, longitudinal stability,
lateral stability, cost2 Wing Generation of lift UAV performance, lateral stability3 | Horizontal tail Longitudinal stability Longitudinal trim and control4 | Vertical tail Directional stability Directional trim and control, stealth,5 Engine Generation of thrust UAV performance, stealth, cost, control6 | Landing gear Facilitate take-off and landing UAV performance, stealth, cost
7 Control surfaces | Control Maneuverability, cost
8 | Autopilot Control, guidance, and navigation | Maneuverability, stability, cost, flight safety
Đối với mỗi thành phan chính, người thiết kế phải chọn một giải pháp tối ưuđáp ứng yêu cau thiết kế Các yêu cau thiết kế thường tác động lên nhiều hơn mộtthành phân, nhưng chúng ta chỉ chú ý đến thành phần bị ảnh hưởng nhiều nhất Việc
chọn lựa dựa trên việc phân tích sự cân băng giữa các yêu tô, các thuận lợi và khó
khăn trong mỗi liên hệ với các thành phan khác
Bảng 1.2 Các thành phân chính của UAV với các giải pháp thiết kế [2]
ComponentConfiguration alternativesFuselage- Geometry: lofting, cross section
Landing gear- Type: fixed, retractable, partially retractable
- Location: (e.g nose, tail, multi)Control surfacesSeparate vs all moving tail, reversible vs irreversible, conventional vs non-
conventional (e.g elevon, ruddervator)Autopilot- UAV: Linear model, nonlinear model
- Control subsystem: PID, gain scheduling, optimal, QFT, robust, adaptive, intelligent- Guidance subsystem: Proportional Navigation Guidance, Line Of Sight, CommandGuidance, three point, Lead
- Navigation subsystem: Strap down, stable platform, GPS
Bang 1.3 Mối liên hệ giữa các thành phan chính va yêu cau thiết kế [2]
Trang 23Payload (volume) requirements Fuselage2 Performance Requirements (Range and Endurance) | Maximum take-off weight3 Performance requirements (maximum speed, Rate Engine; landing gear; and wing
4_ | Stability requirements Horizontal tail and vertical tail5 Controllability requirements Control surfaces (elevator, aileron, rudder), Autopilot6 Flying quality requirements Center of gravity, Autopilot
7 Airworthiness requirements Minimum requirements, Autopilot8 Cost requirements Materials; engine; weight, 9 Timing requirements Configuration optimality
10 | Trajectory requirements Autopilot
Determine aircraft Maximum Take-Off Weight (Wo)
Determine Wing area (S,.¢) and Engine thrust (T) (or power (P))
it
Determine autopilot primary characteristics
Output: Wyo, S,.¢ and T (or P), and autopilot data
Hình 1.7 Quy trình thiết kế sơ bộ [2]Kết luận: Bài báo đã trình bày phương pháp thiết kế một UAV dựa trên tiếpcận kỹ thuật thông qua các bước thiết kế cấu hình, sơ bộ và chi tiết Trong mỗi giaiđoạn thiết kế, tác giả đã mô tả dựa trên các lưu đồ thiết kế từ cấu hình đến chi tiếtcho các thành phân chính Cuối bài báo là phần tổng hợp toàn bộ quy trình thiết kế
mot UAV hoàn chỉnh trong 50 bước.
1.5 Pham vi nghiên cứu: Xây dựng quy trình thiết kế hình dạng và tối ưu thông sốđặc tính cùng với độ ôn định theo yêu cầu của khách hàng, phù hợp với điều kiện tạiViệt Nam và có các thông số hoạt động như sau :
Trang 8
Trang 24hợp Ngoài ra, cơ sở của các đánh giá, phân tích và chọn lọc sự tương quan giữa các
thông số giữa khách hàng và kỹ sư dựa trên quy luật đánh giá từ nhiều mẫu thiết kếđể từ đó đưa ra xu thế lựa chọn Cuối cùng là phương pháp tối ưu đáp ứng nhiềumục tiêu thiết kế khác nhau
1.6.1 QFD (Quality Function Deployment) [19]: được dién giai la tran đồchức năng các thành phân, đó là một công cụ quan trọng trong nghành công nghiệpsản suất dé cải thiện chất lượng QFD được nghiên cứu và phát triển tại Nhật cuối
thập niên 1960, bởi Giáo sư Shigeru Mizuno và Yoji Akao với mục đích là phat
triển một phương pháp kiểm tra chất lượng chắc chan trong đó sự thỏa mãn yêu cầucủa khách hàng được đưa vao sản phẩm trước khi tạo ra nó Ý nghĩa quan trọng củaviệc kiểm soát các thành phân này là hướng đến việc cải thiện những vấn đề trongquá trình tạo ra sản phẩm cũng như quá trình sau đó và hướng sản phẩm sau cùngđạt đến những yêu cầu của khách hàng một cách cao nhất
Trang 25Chương 1: Mở đầu
Correlation Matrix
B Engineering MatrixAttributes or HOWS : : 2
Engineering Attributes E Competition
BenchmarkingBenchma.
A CustomerRequirementsor WHATS
< CustomerRequirements[#“z~~»z> “340 meeme
C Relationship F Relative and
Absolute
ca DA cont Relative and Absolute Importance Elgjdtiree
Hình 1.8 Ngôi nha chất lượng QFD [2]Trong ngôi nhà chất lượng các giá trị được diễn tả như sau:Yêu cầu khách hang (customer requirement)
Đây là phần đầu tiên và quan trọng nhất của ma trận trong ngôi nhà chấtlượng Danh mục thông tin về những yêu cầu của khách hàng cho sản phẩmsẽ được mô tả theo ngôn ngữ của họ, hay còn gọi là tiếng nói của kháchhàng Khách hang được khuyến khích để mô tả những gì họ cần và các vanđề của họ đối với sản phẩm Danh mục những yêu cầu đã thu thập này sẽđược đưa vào trong ngôi nhà chất lượng
Và ở trong quá trình thu thập thông tin khách hàng thì chúng ta luôn phải đặt
ra câu hỏi “gì” (“what”), ví dụ như khách hàng mong muốn gi ở thiết kế củachúng ta, khách hàng cần gì Đó là những điều cần thiết để làm cho thết kế
của chúng ta sẽ thỏa được khách hàng.Ma trận hoạch định (planning matrix)
Ma trận hoạch định năm phía bên phải của ngôi nhà chất lượng có mục đíchlà Thứ nhất, nó sẽ xác định lại những yêu cầu ưu tiên và những cái chấpnhận được của sản phẩm hiện tại Thứ hai, nó cho phép những cái được ưutiên sắp xếp trở lại dựa trên mối quan tâm của nhóm thiết kế về những cái ưu
tiên này.
Yêu cầu kỹ thuật (engineering characteristics)
Trang 10
Trang 26Phan này thé hiện các đặc trưng kỹ thuật hay là tiếng nói của kỹ su, nó mô tađặc tính sản phẩm mà người kỹ sư thiết kế Các thông tin này được nhómthiết kế QFD xác định dựa trên những đặc trưng định lượng được, ma honhận thức thấy có liên quan với yêu cầu của khách hàng.
Ở trong quá trình tiếng nói của kỹ sư thì phải luôn luôn đặt ra câu hỏi “nhưthế nào, bang cách nào” (“How”), ví dụ như làm thế nao dé có thé bat gặpđược những yêu cầu khách hàng, chúng ta có thé điều khiến cái gì mà chophép mình gặp được những yêu cầu khách hàng cần
Ma trận quan hệ
Phần này chính là phần thân của ngôi nhà chất lượng và có thể tốn rất nhiềuthời gian dé hoàn tất Mục đích của nó là chuyển những yêu cau của kháchhàng vào đặc tính kỹ thuật của sản phẩm thiết kế
Cau trúc của nó là ma trận gồm những 6 dé liên kết những yêu cau riêng rễcủa khách hàng và yêu cầu kỹ thuật Để có thé đánh giá được sự tương quangiữa khách hàng và người kỹ sư thì chúng ta sẽ cho điểm và đánh giá sự
tương quan giữa từng cặp như sau:
© =9 Mối tương quan mạnhO =3 Mỗi tương quan vừa phải
À = 1 Mỗi tương quan yếuMa trận tương quan (mái nhà cùa chất lượng)Một ma trận tam giác “dạng mái” sẽ xác định yêu cầu kỹ thuật về đặc tínhthiết kế, nó hỗ trợ hay ngăn những phần khác Cũng như ma trận quan hệ,nhóm sẽ so sánh từng yêu cầu kỹ thuật với những yêu câu hay đặc tính bêncạnh Với mỗi ô thì câu hỏi được đặt ra là “cải thiện yêu cầu này có làm giảmgiá trị hay tăng lên yêu cầu khác hay không?” Đề có thể đánh giá được sựtương quan giữa các yêu cầu kỹ thuật với nhau thì ta sử dụng ký hiệu như
SaU:
++ Sự tương quan là dương mạnh (strong positive correlation)
+ Sự tương quan là dương (positive correlation)
=— Su tương quan là âm (negative correlation)
Trang 27Chương 1: Mở đầu
Vv Sự tương quan là âm mạnh (strong negative correlation)
QFD là một cấu trúc kỹ thuật để giải quyết những bài toán kết hợp việc phát
triên và cải thiện sản phâm Nó thường kêt hợp hệ thông các ma trận với quan hệ
tương hỗ lẫn nhau, thông thường gồm 4 giai đoạn:
Giai đoạn lập ý tưởng, đưa ra những thông số cơ bản từ nhiệm vu, lậpnhững thông số hoạt động (performance parameters)
Giai đoạn lập những phan đặc trưng cau thành (parts charateristics).Giai đoạn ma trận sản xuất (manufacturing process)
Giai doan kiém soat san xuat (manufacturing controls)
1.6.2 Pugh’s [20]: là phương pháp lựa chon cau hình Mục đích của quá trình
này liên quan dén việc so sánh các thiệt kê ban dau tạo ra dựa trên các yêu câu từ
quá trình triển khai chức năng các thành phần QFD để phân tích các yêu cầu hệ
thông, phát triên các câu hình mới từ những khía cạnh tích cực của các mâu thiệt kêban dau, và cuôi cùng quyết định thiệt kê tot nhat cho nhiệm vụ yêu câu.
Trang 28Phương pháp Pugh’s dựa vào một ma trận các chỉ tiêu và khái niệm thiết kếnhư một phương tiện trực quan so sánh các khía cạnh của cầu hình lựa chọn Matrận Pugh’s được thé hiện dưới bảng sau:
Bảng 1.4 Mau ma trận phương pháp lựa chọn khái niệm Pugh’s
Tiêu chuẩn Khái niệm (concept)
đánh giá l 2 3 4A D + - +B A S + -C T + - S
D A S - +1.6.3 Giải thuật thiết kế tối ưu: là một thuật toán giải quyết một bài toán détìm kiếm lựa chọn tối ưu cá thé (local) ở mỗi bước di với hy vọng tìm được tối ưu
- Mot hàm đánh giá chỉ ra khi nào ta tìm ra một lời giải hoàn chỉnh.
Một số constraint được đưa ra trong luận văn:- Tai trọng lớn nhất
- — Thời gian bay
- _ Vận tốc bay bang- Quang đường cất cánh- _ Điều kiện stall
Trang 29MISSION PROFILE CONSTANTS
:
-rm
đ-GEOMETRY | `
MASSESTIMATIONCHANGE IN DESIGN
VARIABLES |
PACKAGINGCALCULATIONS
POWER PLANT ANDENGINE DATA
OPTIMIZER ]
MISSION mon]
a: Ì
Hình 1.10 Lưu đồ thiết kế tối ưu [2]
Trang 14
Trang 301.6.4 Phương pháp thống kê [12] [15]: Xây dựng quy luật ảnh hưởng dựatrên cơ sở dữ liệu mới nhất từ các mẫu UAV hiện tại trên thế giới Day là cơ sở dé
đưa ra các đánh giá sự tương quan giữa khách hàng và người kỹ sư cũng như sự
tương quan giữa các yêu cầu kỹ thuật với nhau
Ví dụ ta xét sự ảnh hưởng của yếu tổ A (Aspect Ratio) đối với yếu tô B (vậntốc máy bay) Expl là đường đặc tính mô tả sự ảnh hưởng của yếu tố A, Exp2 làđường đặc tính mô tả sự ảnh hưởng của yếu tô B Khi góc a > 30°, ta có thể nói yếutố A có tác động lên yếu tô B và cần chú ý đến sự ảnh hưởng này Song song vớiđó, khi xét mức độ tác động giữa hai yếu tổ A và B thì do a < B nên ta có thé nóiyếu tô B có tác động ít hơn yếu tố A Tùy vào yêu cau thiết kế và bién đầu vào màta có thé dựa vào đánh giá này dé chọn cấu hình cau hình phù hợp
Việc này nhằm đưa ra một cách định lượng hơn dựa trên kết hợp giữaphương pháp khảo sát và kinh nghiệm của người đánh giá dé xác định tác động giữahai yếu tỐ, giảm bớt việc chỉ phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm và cảm quan của
Hình 1.11 Quy luật anh hưởng dựa trên phương pháp thống kê
Trang 31Chương 2: Phương pháp tiếp cận
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHAP TIẾP CAN
2.1 Công cụ triển khai chức năng thành phần (QFD)
2.1.1 Giới thiệu
QFD (Quality Function Deployment) là trận đồ chức năng các thành phan Do la
một công cụ quan trọng trong nghành công nghiệp san suất dé cải thiện chất lượng,QFD được nghiên cứu va phát triển tại Nhật cuối thập niên 1960 bởi Giáo suShigeru Mizuno và Yoji Akao Mục đích của QFD là phát triển một phương phápkiểm tra chất lượng chắc chắn trong đó sự thỏa mãn yêu cầu của khách hang đượcđưa vào sản phẩm trước khi tạo ra nó Ý nghĩa quan trọng của việc kiểm soát cácthành phan này là hướng đến việc cải thiện những van dé trong quá trình tạo ra sảnphẩm cũng như quá trình sau đó và hướng sản phẩm sau cùng đạt đến những yêucầu của khách hàng một cách cao nhất
e Tránh các rủi ro trong quá trình phát triển sản phẩm: Xác định và phân tíchcác sai hỏng có thé xảy ra nhằm giảm thiểu khiếu nại, sản phẩm do khách
hàng trả lại, tăng cường sự thỏa mãn khách hàng.
e Xây dựng môi trường làm việc lành mạnh, tăng cường sự phối hợp và làm
việc nhóm giữa các thành viên trong nhóm.
2.1.3 Cơ sở phát triểnQFD triển khai theo nguyên tắc: khách hang là người dé ra các tiêu chí chất lượngsản phẩm và nhà sản xuất phải đáp ứng đến mức tối đa nguyên tắc này Chỉ có đápứng các tiêu chí chất lượng sản phẩm do khách hang đề xuất thì nhà sản xuất mớiđược khách hàng tín nhiệm và là tiền đề để nhà sản xuất phát triển
Trang 16
Trang 32QFD là một cau trúc kỹ thuật dé giải quyết những bài toán kết hợp việc phát triển vàcải thiện sản phẩm Nó thường kết hợp hệ thong các ma trận với quan hệ tương hỗlẫn nhau thông thường gồm 4 giai đoạn:
e Giai đoạn lập ý tưởng, đưa ra những thông số cơ bản từ nhiệm vụ, lập nhữngthông số hoạt động (performance parameters)
e Giai đoạn lập những phan đặc trưng cau thành (parts charateristics).e Giai đoạn ma trận sản xuất (manufacturing process)
e Giai đoạn kiêm soát sản xuat (manufacturing controls).
Trang 33Chương 2: Phương pháp tiếp cận
Thông số hoạt động đặc trưng cau thành (manufacturing (manufacturing
(performance parameters) (parts characteristics) process) —_ controls)
yên =a
cauCủa
khách
hàng
Hình 2.2 Các giai đoạn cua quá trình QFD
2.2 Cơ sở lý thuyết2.2.1 Yêu cầu khách hàng (customer requirement):Đây là phần đầu tiên và quan trọng nhất của ma trận trong ngôi nhà chất lượng.Danh mục thông tin về những yêu cầu của khách hàng cho sản pham sẽ được mô tảtheo ngôn ngữ của họ, hay còn gọi là tiếng nói của khách hàng
Những thông tin này được thu thập thông qua quá trình giao tiếp với khách hàng.Khách hàng được khuyến khích để mô tả những gì họ cần và các vấn đề của họ đốivới sản phẩm Danh mục những yêu câu đã thu thập này sẽ được đưa vào trong ngôinhà chất lượng
Và ở trong quá trình thu thập thông tin khách hàng thì chúng ta luôn phải đặt ra câu
hỏi “what”, ví dụ như khách hàng mong muốn gì ở thiết kế của chúng ta, kháchhàng cần gì
2.2.2 Ma trận hoạch định (Planning matrix)
Ma trận hoạch định năm phía bên phải của ngôi nhà chất lượng có mục đích là Thứnhất, nó sẽ xác định lại những yêu cầu ưu tiên và những cái chấp nhận được của sảnphẩm hiện tại Thứ hai, nó cho phép những cái được ưu tiên sắp xếp trở lại dựa trênmối quan tâm của nhóm thiết kế về những cái ưu tiên này
2.2.3 Yêu cầu kỹ thuật (engineering characteristics)
Trang 18
Trang 34Phan này thé hiện các đặc trưng kỹ thuật và là tiếng nói của kỹ sư, nó mô tả đặc tínhsản phẩm mà người kỹ sư thiết kế Các thông tin này được tôi xác định dựa trênnhững đặc trưng định lượng được có liên quan với yêu cau của khách hàng.
Cùng với cách thức như phần một, ở đây những yêu cầu của khách hàng được phântích và lập ra một cấu trúc, biểu đỗ quan hệ và biểu đồ cây được ứng dụng dé làm rõhơn các đặc trưng sản phẩm
Ở trong quá trình tiếng nói của kỹ sư thì phải luôn luôn đặt ra câu hỏi “How”, ví dụnhư làm thé nào dé có thé bat gặp được những yêu cầu khách hàng, chúng ta có théđiều khiến cái gi mà cho phép mình gặp được những yêu cầu khách hang cần
2.2.4 Ma trận quan hệ
Đây là phan thân của ngôi nhà chất lượng và có thé tốn rất nhiều thời gian dé hoàntat Mục dich là chuyển những yêu cầu của khách hàng vào đặc tính kỹ thuật củasản phẩm thiết kế
Cau trúc của nó là ma trận gồm những 6 để liên kết những yêu cau riêng rẽ củakhách hàng và yêu câu kỹ thuật Nhiệm vụ của tôi là xác định những mối quan hệtương quan, đánh giá mức độ quan trọng và cho điểm
Dé có thé đánh giá được sự tương quan giữa khách hang và người kỹ su thì chúng ta
sẽ cho diém và đánh giá sự tương quan giữa từng cặp như sau:
© =9 Mỗi tương quan mạnh.O =3 Mỗi tương quan vừa
À =1 Mối tương quan yếu.2.2.5 Ma trận tương quan (mái nhà của chất lượng)Một ma trận tam giác sẽ xác định yêu cầu kỹ thuật về đặc tính thiết kế, nó hỗ trợhay ngăn những phần khác Cũng như trong phần ma trận quan hệ, tôi sẽ so sánhtừng yêu cầu kỹ thuật với những yêu cầu cũng như đặc tính bên cạnh Với mỗi ô thìcâu hỏi được đặt ra là “cải thiện yêu cầu này có làm giảm giá trị hay tăng lên yêucầu khác hay không?” Nếu câu trả lới là giảm giá trị yêu cầu khác thì sẽ đánh dấuvào trong ô băng ký hiệu (chăng hạn -) và ngược lại đánh dấu bằng ký hiệu +
Các ký hiệu được sử dung dé đánh giá sự tương quan giữa các yêu cau kỹ thuật:
Trang 35Chương 2: Phương pháp tiếp cận
++ Su tuong quan la duong manh (strong positive correlation).
+ Su tuong quan la duong (positive correlation)
=— Su tương quan là âm (negative correlation).V_ Su tuong quan là âm mạnh (strong negative correlation).
2.2.6 Mục tiêu
Đây là phần cuối cùng của ngôi nhà chất lượng và đưa ra những kết luận Chúng ta
phải tính toán xem những sự tương quan giữa khách hàng và người kỹ sư mà chúng
ta đã phân tích đó thì giá trị nào sẽ là mục tiêu mà ta hướng đến và cần cân nhắc chothiết kế của chúng ta
e Đầu tiên chúng ta sẽ tính toán tai 6 giá trị quan trọng tuyệt đối (absoluteimportance) băng cách nhân những giá trị số trong mỗi ô của ma trận quanhệ cho mức quan trọng đánh giá (importance rating) Sau đó, lấy tổng củanhững số trong mỗi 6 của mỗi cột Tổng này hiển thi giá trị quan trọng tuyệtđối của mỗi giá trị kỹ sư trong sự bắt gặp với những yêu cầu khách hàng.e Thứ hai chúng ta sẽ tính toán tai 6 giá tri quan trọng tương đối (relative
importance) băng cách lay tổng của giá trị quan trọng tuyệt đối (absoluteimportance) Sau đó, lay mỗi giá trị của giá trị quan trọng tuyệt đối trong mỗiô rồi chia cho tổng của giá trị tuyệt đối quan trọng, và cuỗi cùng nhân cho
100 Thông thường giá trị trong 6 này có tỉ lệ từ 1 đến 100
Trang 36© Chi phí cho bảo dưỡng thấp.e Khối lượng nhẹ.
2.3.2 Yêu cầu của kỹ sư
Trọng lượng cất cánh (maximum take-off wei ght)
Tai trong (payload weight).
Trọng lượng rỗng (empty weight)
Tốc độ bay tối đa / tốc độ bay băng / tốc độ bay loiter
Thời gian bay (endurance).
Sai cánh (span wing).
Chiéu dai (length)
Tai trong canh (wing loading).
Power loading.Dién tich canh.
Ở đây chúng ta nói đến địa hình bởi vì với đặc điểm các vùng rừng, đổi núi (thấp),
biên thuộc lãnh thổ Việt Nam; dé phù hợp với mục tiêu khảo sát, nghiên cứu và tìm
kiêm cứu nạn thì độ cao cần đảm bảo mục tiêu quan sát phía dưới Và độ cao bao
nhiêu thì sẽ phụ thuộc vào camera hoạt động.
Camera cũng quyết định một phân vào việc chọn độ cao hoạt động Nếu như độ caohoạt động mà chúng ta chọn cao quá thì đòi hỏi phải có một thiết bị camera tốt vàđồng nghĩa với giá thành của nó sẽ cao và khối lượng của thiết bị này có thể cũnglớn Vì thế sự điều hòa giữa giá thành, độ cao hoạt động và camera sẽ giúp chúng tachọn được một độ cao hoạt động phù hợp và thỏa mãn yêu cầu khách hàng
Ở đây tôi chọn loại camera có thể quan sát ở độ cao 1000m như dòng 700TVL (mãsản phâm: 1070265) vốn được dùng cho nhiều dòng UAV/drone có tran bay tôi đa
6000m: DJI Phantom 3 Standard RC Quadcopter, Sim Too Dragonfly 2
Trang 37Chương 2: Phương pháp tiếp cận
Description:
Resolution: 7O0TVL
Camera Dimensions: 9.5mm wm mnIiumination: 0.5LUX
Power supply range: 3.7-5V 100mA
Audio Lens: Wide-angle 5mm 70 degree
Sensitive area: 3.5964mm x 2.7084mm
648 pixels (horizontal) x 488 (vertical) 648 (horizontal) x 488 (vertical
Scanning Frequency Horizontal: 15.625KHzertical: 50Hz
evel: 15.7343KHzertical: 60Hz
Electronic Shutter 1/50 80000 (sec 60 50000 (secSNR z48dB (AGC OFF
2perafIng temperature -10 *C ~ 60 *C RH95% Max
Hình 2.3 Dac tính cua camera 7OOTVL
* Vận tốc khảo sát:
Vận tôc khảo sát được xác định dựa trên yêu câu của nhiệm vụ khảo sát và nó sẽ
phụ thuộc vào thiết bị camera quan sát Nếu tốc độ khảo sát quá nhanh thì hình ảnhghi nhận lại được sẽ không rõ ràng Do đó trong luận van này, tôi chọn thống kê lại
Trang 22
Trang 38vận tốc bay khảo sát (velocity loiter) của những chiếc UAV đã được thiết kế trước
đó, từ đó có thê chon ra được một cách gan đúng đôi với vận toc khảo sát.
Bảng 2.1 Thong kê vận tốc khảo sát của một số dòng UAV
Máy bay Vận tốc khảo sát
2007 ISOAR 25 m/sAerosonde 26 m/s
ScanEagle 25 m/s
Silver Fox 25 m/sCryoWing 28 — 33 m/s
* Vận tốc bay bằng:Pham vi nghiên cứu: tối đa 41.67 m/s (150 km/h)
* Thời gian bay:
Phạm vi nghiên cứu: 8 tiếng liên tục.* Tâm bay (Range):
Phạm vi nghiên cứu: 100 km.
* Tai trọng (Payload):Phạm vi nghiên cứu: 5 kg.
2.3.2.2 Yêu cầu của kỹ sư
- hoi gian bay
- - Hình dạng
- _ Thiết bị hoạt động2.4 Phân tích kỹ thuật yêu cầu của khách hàngDé phân tích những yêu cầu của khách hàng và của kỹ sư nhằm tìm ra sự thống nhấtvà thỏa mãn yêu cau giữa hai bên thì chúng ta sẽ sử dụng công cụ triển khai chứcnăng các thành phần (QFD) đã được giới thiệu:
Trang 39áp tiếp cLa
Phuong ph
Chương 271J3|3|3|1313|3|13|13|33|3|3|1|3|4|3|š|2?|3|š|?f|?|l|i|š|š} ỉ i šs|$|3Ầ a H Lị i gỆ § F 3 Hq) |3 tìHe^ (eouunpug) 4q ue ual <đ | <4 + So|4|I4 JalaR-4 (wBœyj/e4ug| <4 | <4 + S|4|4+ we “lala| + a mm—m.m 4|4|O|4|4|4|4 4 000) “ll|*+ xã a beat) mays tan <4 4|Oo|4|4l|o oI4 os ~|3|3^ ii chan lầu Sjo\|4 + a Wun OSs nla?se + (aCH)dup ø ae 4 4 4 was 000! l5+ + wn> Jai ata gp sens 3 4|4|4 lai ^lRlwwop wound 4|O| |4|<4 «|< “lš|*+ (mgs mony oi | O 4|4 + " Ỷ 3&e,euagul O |O|o|4|4|o|eo|4|4|4 “lela&eduœo moi đ | 3| 33331313133vommor 3 | 9 | #3 [®|3|313|1313common 3 | 8 | 3| ”|3|3|3131313copay 9 | 3 | 33 |23|313131313y20gedu02) ooat+| pra ~ 920pduor] > | ¢HH H11 j4I[I TE ,fii} | : |
Hình 2.3 Phân tích kỹ thuật yêu cầu của khách hàng
Trang 24
Trang 40* Yêu cau khách hàng:Trên thực tế để xác định những yêu cầu nào của khách hàng được chú trọng hơn thì tôithực hiện những câu hỏi khảo sát đối với khách hàng của mình, từ đó sẽ đánh giá được
yêu câu nào sẽ được chú trọng hơn.
(Step 1A) What are your demanded quality for an Unmanded Aerial Vehicle (UAV) product 2
Easy to operation 5 100%
Safe 5 100%Easy to oper Quality ofimage 4 80%
Safe Saleability 2 40%
Quality of im Compatibility 2 40%
Saleabilty Productionexpenses 2 40%
- " Reliability 3 60%0mpsibl Low maintenance costs 3 60%Production e Ability to manufacture and fabrication 1 20%
Reliability Easy totranspot 2 40%Low mainten
Ability to man Easy to trans
0 1 2 3 4
Hình 2.4 Thống kê đánh giá yêu cầu của khách hàngTai ô weight/importance là nơi để ghi những đánh giá và khách hàng chú trọng hơn vàosản phẩm mà mình mong muốn Những yếu tố được chú trọng nhất đối với khách hànglà: Dễ dàng hoạt động, an toàn, chất lượng hình ảnh và giá thành
* Yêu cầu của kỹ sư và ma trận tương quan:Tham khảo từ [11] ta tiến hành thống kê các loại UAV có tải trọng hữu ích trong khoảng5 kg và tam bay 500 km trở xuống: