Захватывающий взгляд изнутри на морской дизайн - три десятилетия назад

Gougeon Brothers Inc. (Бэй-Сити, Мичиган, США) недавно разослала интересный пресс-релиз о 28-летнем катамаране, который все еще устанавливает рекорды скорости и превосходит гораздо более новые суда. Инкогнито представляет собой составной катамаран, который был изготовлен компанией Gougeon Manufacturing в 1990 году. Рассел Браун из Порт-Таунсенда, штат Вашингтон, в одиночку участвовал в гонках на 28-летнем судне G32 в изнурительной гонке R2AK (Race to Alaska). В квалификационном этапе от Порт-Таунсенд, штат Вашингтон, до Виктории, Британская Колумбия, он финишировал на 40 минут раньше остальных участников флота. Затем он лидировал в гонке в течение трех дней и был первым финишером-одиночкой второй год подряд, сократив рекордную победу 2017 года на борту той же лодки более чем на 24 часа.

Поэтому я был удивлен, обнаружив на веб-сайте Gougeon длинный и подробный документ о разработке, проектировании и строительстве (последнее обновление:1996 г.), описывающий кропотливый процесс, который Мид и Ян Гужен выполнили, чтобы сделать этот быстрый катамаран G32, что, вероятно, объясняет его успех 28 лет спустя. Я заимствовал разделы ниже, и вы можете полностью прочитать документ здесь:http://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.html.

«Когда мы решили вновь открыть наш завод по производству ветряных лопастей в 1990 году, который простаивал в течение трех лет из-за драматического краха ветряной отрасли в 1986 году, мы признали, что ветроэнергетика еще очень далеки от восстановления прежнего состояния. Нам нужно было разделить накладные расходы на установку со вторым продуктом, пока ветроэнергетика не вернется на прежний уровень. В дополнение к ветровым лопастям мы начали производство уникального буксируемого длинного катамарана длиной 32 фута под названием G-32. Мы с братом Яном давно думали, что будет большой рынок для легкого катамарана, который будет быстрым и веселым. чтобы отправиться в плавание, у него были ночлеги на выходных на двоих или троих по цене ниже 35000 долларов. У нас не было намерений нарастить объемы производства; если бы мы могли строить по две штуки в неделю, мы могли бы достичь наших финансовых целей, три в неделю были бы прибыльными ».

«G-32 был спроектирован таким образом, чтобы вся конструкция могла быть построена в двух больших формах, верхней и нижней, которые должны были быть соединены по средней линии за одну большую операцию склеивания. Это позволило минимизировать вложения в оснастку и пресс-формы, что сделало мелкосерийное производство финансово оправданным. Самой большой проблемой при проектировании было создание G-32, достаточно легкого, чтобы его можно было буксировать на автомобиле среднего размера. Для этого общий вес лодки и прицепа не мог превышать 2200 фунтов. Наш подход к этой проблеме сосредоточен на двух областях; Во-первых, мы спроектировали вне лодки как можно больше ненужного веса. Мы сохранили площадь поверхности до минимума и тщательно спроектировали конструкцию с учетом ожидаемых нагрузок. Например, кабина служила большой коробкой крутящего момента, чтобы обеспечить необходимое сопротивление кручению между двумя корпусами. Во-вторых, мы использовали самые легкие строительные технологии, которые могли себе позволить в рамках наших плановых затрат. Мы могли потратить не более 10 долларов за фунт. для формованных оболочек, и они не могли весить более 800 фунтов. итого.

«У нас есть многолетний опыт создания высокотехнологичных« одноразовых »гоночных парусников, в которых для создания очень легких, но дорогих лодок использовались экзотические волокна, дорогие материалы сердцевины и эпоксидные смолы. Формованные части этих лодок по индивидуальному заказу могут легко стоить от 50 до 100 долларов за фунт. Обычно эти высокотехнологичные лодки ламинировались поверх охватываемых форм, требующих многократного применения вакуумных мешков для получения легкого компактного ламината. Минимум три отдельных применения вакуумных мешков, при этом две оболочки и разделяющая сердцевина требовали отдельного уплотнения для обеспечения качественного ламината. На лодках, использующих препрег, таких как недавняя яхта America's Cup, может потребоваться от 6 до 10 применений вакуумных мешков для удаления массы из каждого слоя, а затем окончательное уплотнение всех слоев, прежде чем может произойти отверждение в печи. Изготовление и применение вакуумных пакетов является трудоемким процессом, что ограничивает их использование в производстве лодок, где всегда используются охватывающие пресс-формы. В прошлом попытки вакуумировать сердцевины пакетов в уложенные вручную наружные оболочки в матричных формах вызывали чрезмерное сквозное сканирование, что еще больше снижало интерес строителей ».

Братья Гужен продолжают говорить, что, несмотря на эти проблемы, вакуумная упаковка и инфузия были необходимостью для снижения веса ламината. Поэтому, чтобы сэкономить как вес, так и стоимость, они выбрали новый для того времени метод производства со следующими этапами:

1) Эпоксидная смола, составленная с более длительным сроком службы, будет использоваться для достижения максимальных свойств, при этом время простоя позволяет только один этап вакуумирования, при этом весь ламинат уплотняется одновременно.

2) Гелькоут на основе полиэстера в матричных формах даст недорогую, но законченную поверхность с минимумом сквозных отпечатков. Авторы отмечают, что они решили серьезную проблему соединения поверхности полиэфирного гелькоута и эпоксидного ламината с помощью специально разработанного связующего вещества, наносимого между двумя разнородными материалами в процессе производства.

3) Все армирующие материалы будут смачиваться механически с помощью машины для нанесения рулонных покрытий, чтобы сократить трудозатраты и добиться лучшего контроля смолы.

4) Специально разработанная эпоксидная смола с длительным открытым временем должна подвергаться последующему отверждению при температурах не выше 140 ° F для достижения высоких физических свойств.

Два брата тщательно оценили армирующие материалы, чтобы получить лучший ламинат, учитывая стоимость, характеристики панели, трудозатраты на сборку и качество отделки внешней поверхности. Первоначально была оценена матрица из 30 комбинаций (вы можете увидеть таблицу здесь:http://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/goufig1.htm) с акцентом на прошитое стекло E. Сердечник был тщательно оценен по разным толщинам и материалам, так как это был самый дорогой компонент. Система эпоксидной смолы PRO-SET с открытым временем 4 часа была разработана в собственных лабораториях Gougeon специально для использования в этом новом производственном процессе.

В конечном итоге два брата построили 30 испытательных панелей, используя материалы в матрице, а затем сузили их до 12 комбинаций материалов для испытаний на усталость на испытательном стенде компании Hydromat. Их ключевой вопрос был:«Какая жесткость необходима для того, чтобы лодка могла нормально работать в самых тяжелых условиях эксплуатации?» Эти двое говорят, что на основе результатов испытаний были внесены изменения в конструкцию лодки, чтобы уменьшить плоские участки в конструкции лодки, учитывая, что эти плоские участки требовали дополнительной жесткости, чтобы можно было использовать менее жесткую и более дешевую панель.

«Мы определили, что долговременная устойчивость панели к длительным циклическим усталостным нагрузкам в 5 фунтов на квадратный дюйм и прерывистым ударным нагрузкам, приближающимся к 15 фунтов на квадратный дюйм, была необходима для долговременного выживания конструкции G-32. Этот критерий не был установлен никаким научным способом, например, при реальных измерениях с помощью тензодатчиков (что сложно сделать). Вместо этого он отразил наш опыт использования нескольких комбинаций материалов, которые использовались для создания множества гидроциклов с разными успехами и неудачами на протяжении многих лет. Это типичный исторический подход к проектированию и конструированию лодок, основанный на пробах и ошибках, который не очень хорошо служил отрасли после недавнего революционного развития композитных материалов. Новые методы испытаний, такие как Hydromat, представляют собой попытку лучше оценить характеристики композитных материалов таким образом, чтобы они точно имитировали фактические условия нагрузки, чтобы можно было принимать более обоснованные решения ».

Далее в документе подробно описывается процесс короткоцикловых испытаний на усталость. В конечном итоге выбранная комбинация материалов, по словам авторов, «не была самой прочной панелью, оцененной ни в одной из структурных областей:жесткости, предельной прочности или усталости. Однако этого было более чем достаточно для удовлетворения структурных потребностей проекта лодки G-32. Что еще более важно, панель № 48 показала хорошие результаты в трех других областях; стоимость, вес и простота изготовления ». Панель № 48 состояла из многоосных стекловолоконных оболочек от Brunswick Technologies Inc. поверх пенопласта Klegecell от DIAB.

Интересно, что одной из самых сложных частей проекта, по их словам, было получение глянцевой внешней отделки без излишнего веса, который могут добавить гелькоуты. По словам братьев Гужен, решение заключалось в том, чтобы нанять гелькоут как можно лучше обученным специалистом.

Несмотря на тщательный подход к дизайну и выбору материалов, цель по стоимости в 10 долларов за фунт готового ламината не была достигнута, потому что в конце 1992 года братья решили продать ветроэнергетическое подразделение, что устранило основную причину появления лодки. проект. Вскоре после этого производство было остановлено, после того как было изготовлено всего 14 G-32. Но, по их словам, технология строительства лодок на основе эпоксидной смолы, разработанная с помощью G-32, в настоящее время широко используется при строительстве высокопроизводительных лодок, построенных в формах с внутренней резьбой. Мид и Ян Гужен считают, что их производственный процесс значительно снизил стоимость изготовления лодок на основе эпоксидной смолы по сравнению со стоимостью изготовления лодок на основе охватываемых форм. Кроме того, он устраняет стирол и обеспечивает больший контроль над открытым временем и скоростью отверждения. Они приходят к выводу:«… 14 построенных G-32 работали так, как ожидалось, без каких-либо повреждений конструкции. Бонусом является то, что их легкий вес в сочетании с длинным тонким корпусом позволил создать чрезвычайно быстрые лодки, выигравшие множество гонок ». И спустя 28 лет они продолжают побеждать!