マリンデザインの魅力的な内部観察– 30年前

Gougeon Brothers Inc.（ベイシティ、ミシガン州、米国）は最近、28歳の双胴船についての興味深いプレスリリースを送信しました。この双胴船は、まだスピードの記録を打ち立てており、はるかに新しい技術を打ち負かしています。 シークレット は、1990年にグジョンマニュファクチャリングによって製造された複合双胴船です。ワシントン州ポートタウンゼンドのラッセルブラウンは、過酷なR2AK（Race to Alaska）で28歳の船G32を片手でレースしました。ワシントン州ポートタウンゼンドからブリティッシュコロンビア州ビクトリアまでの予選レグで、彼は残りのフリートより40分早くフィニッシュしました。その後、彼は3日間レースをリードし、2年連続で最初のソロフィニッシャーとなり、同じボートで記録的な2017年の勝利を24時間以上ノックアウトしました。

そのため、GougeonのWebサイトで、MeadeとJan Gougeonが高速のG32カタマランを作成するために実行した骨の折れるプロセスを説明する、長くて詳細な開発、設計、および構築のドキュメント（最終更新：1996）を見つけて驚いた。 28年の成功。以下のセクションを借用しました。ドキュメント全体は、http：//www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.htmlで読むことができます。

「1986年の風力産業の劇的な崩壊により3年間アイドル状態だった風力ブレード製造工場を1990年に再開することを決定したとき、風力産業は以前の健康状態を取り戻すにはまだ長い道のりがあることを認めました。風力発電事業が以前のレベルに戻るまで、プラントのオーバーヘッドを2番目の製品と共有する必要がありました。ウィンドブレードに加えて、「G-32」と呼ばれるユニークでトレーラブルな32フィートの長さのカタマランの製造を開始しました。兄のヤンと私は、速くて楽しい軽量のカタマランの大きな市場があるだろうと長い間考えていました。航海するために、週末の宿泊施設は2つか3つあり、価格は35,000ドル未満でした。大規模な生産を実現するつもりはありませんでした。週に2つ建設するように手配できれば、財務目標を達成できれば、週に3つは利益を生むでしょう。」

「G-32は、構造全体を上部と下部の2つの大きな型で構築できるように設計されており、1回の大きな接合操作で中心線で結合されます。これにより、工具と金型への投資を最小限に抑え、少量生産を経済的に実現可能にしました。設計上の最大の課題は、中型車に牽引されるのに十分なG-32ライトを製造することでした。これを達成するために、ボートとトレーラーの合計重量は2,200ポンドを超えることはできませんでした。この問題に対する私たちのアプローチは、2つの分野に焦点を当てました。まず、ボートからできるだけ多くの不要な重量を設計しました。表面積を最小限に抑え、予想される荷重に対応できるように構造を慎重に設計しました。たとえば、キャビンは2つの船体の間に必要なねじれ抵抗を与えるための大きなトルクボックスとして機能しました。次に、コスト目標の範囲内で可能な限り軽量の建設技術を使用しました。 1ポンドあたり10ドルしか使うことができませんでした。成形シェルの場合、これらの重量は800ポンドを超えることはできませんでした。合計。

「私たちは、エキゾチックな繊維、高価なコア材料、エポキシ樹脂を使用して非常に軽量で高価なボートを作成する、ハイテクの「1回限りの」レーシングヨットの製造に長年の経験があります。これらのカスタムボートの成形部品は、1ポンドあたり50ドルから100ドルの費用がかかります。通常、これらのハイテクボートは、軽量のコンパクトなラミネートを実現するために複数の真空バッグアプリケーションを必要とするオス型の上にラミネートされました。 3つの別々の真空バッグアプリケーションが最小限であり、2つのスキンと分離コアはすべて、高品質のラミネートを保証するために別々の圧縮を必要としました。最近のアメリカズカップヨットなどのプリプレグ材料を使用するボートでは、各層をデバルクするために6〜10回の真空バッグの塗布が必要になる場合があります。その後、オーブン制御の硬化を行う前に、すべての層を最終的に圧縮します。真空バッグの製造と適用は労働集約的であり、これにより、女性の型が常に使用される生産ボート製造での使用が制限されています。これまで、女性の型の手で敷いた外皮にバッグのコアを掃除機で吸い込もうとすると、過度のプリントスルーが発生し、ビルダーの関心がさらに低下しました。」

Gougeon兄弟は、これらの問題にもかかわらず、真空バッグと注入はラミネートの重量を節約するために必須であると続けています。そのため、重量とコストの両方を節約するために、彼らは次の手順で、当時の新しい製造方法を選択しました。

1）より長いアウトタイムで配合されたエポキシ樹脂は、最大の特性を得るために使用され、アウトタイムは1回の真空ステップのみを可能にし、ラミネート全体を一度に圧縮します。

2）雌型のポリエステルベースのゲルコートは、最小限のプリントスルーで低コストでありながら仕上げられた表面を提供します。著者らは、製造プロセス中に2つの異なる材料の間に塗布された、特別に開発されたタイコート物質を使用して、ポリエステルゲルコート表面とエポキシラミネートを接着するという重大な問題を解決したと述べています。

3）すべての補強材は、労力を削減し、より優れた樹脂制御を実現するために、ロールコーターマシンで機械的に濡らされます。

4）特別に設計された長時間のエポキシ樹脂は、140°Fを超えない温度で後硬化され、高い物理的特性を実現します。

二人の兄弟は、コスト、パネルの性能、組み立ての労力、外面の品質を考慮して、最高のラミネートを作るために補強材を注意深く評価しました。ステッチされたEガラスに焦点を当てて、30の組み合わせのマトリックスが最初に評価されました（ここの表を参照してください：http：//www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/goufig1.htm）。コアは最も高価なコンポーネントであるため、いくつかの厚さと材料で慎重に評価されました。オープンタイムが4時間のPRO-SETエポキシ樹脂システムは、この新しい製造プロセスで使用するために、Gougeonの自社ラボで開発されました。

2人の兄弟は、会社のHydromatテストスタンドでの疲労試験のために、最終的にマトリックス内の材料を使用して30のテストパネルを作成し、それらを12の材料の組み合わせに絞り込みました。彼らの重要な質問は、「ボートが最も過酷な運転条件で適切に機能するために必要な剛性はどれくらいか」でした。 2人は、テスト結果に基づいて、ボートの設計の平坦な領域を減らすために設計変更が行われたと述べています。これらの平坦な領域には追加の剛性が必要であり、剛性が低く低コストのパネルを使用できるためです。

「G-32構造の長期的な存続には、5psiの持続的な繰り返し疲労荷重と15psiに近い断続的なスラミング荷重に対する長期的なパネル抵抗が必要であると判断しました。この基準は、ひずみゲージを使用した実際の測定など、科学的な方法では確立されていません（これは困難です）。代わりに、長年にわたってさまざまな成功と失敗を遂げた多数の船舶を製造するために使用されたいくつかの材料の組み合わせの性能に関する私たちの経験を反映しています。これは、ボートの設計とエンジニアリングに対する典型的な歴史的な試行錯誤のアプローチであり、最近の複合材料の革新的な開発以来、業界に十分に役立っていません。 Hydromatなどの新しい試験方法は、実際の荷重条件を厳密にシミュレートする方法で複合材料の性能をより適切に評価する試みであり、より多くの情報に基づいた決定を下すことができます。」

このドキュメントでは、短サイクル疲労試験プロセスについて詳しく説明しています。著者によると、最終的に選択された材料の組み合わせは、「剛性、極限強度、または疲労の構造領域のいずれにおいても評価された最強のパネルではありませんでした。ただし、G-32ボートプロジェクトの構造上のニーズをサポートするには十分すぎるほどでした。さらに重要なのは、パネル＃48が他の3つの分野で高いスコアを獲得したことです。コスト、重量、製造のしやすさ。」パネル＃48は、DIABのKlegecellPVCフォームコア上のBrunswickTechnologiesInc。の多軸グラスファイバースキンで構成されていました。

興味深いことに、プロジェクトの最も困難な部分の1つは、ゲルコートが追加する可能性のある過度の重量なしに、光沢のある外装仕上げを実現することでした。解決策は、高度な訓練を受けた個人に、可能な限り最高のゲルコート塗布を行うことでした、とGougeon兄弟は言います。

設計と材料の選択に注意を払ったにもかかわらず、1992年後半に兄弟が風力エネルギー部門を売却することを決定したため、完成したラミネート1ポンドあたり10ドルのコスト目標は完全には達成されませんでした。これにより、ボートの主な理由がなくなりました。事業。その後まもなく、わずか14台のG-32が製造された後、生産が停止しました。しかし、G-32で開発されたエポキシベースのボート製造技術は、現在、女性の型で作られた高性能ボートの製造に広く使用されていると彼らは言います。 MeadeとJanGougeonは、彼らの製造プロセスが、男性の型でカスタムボートを製造するコストと比較して、エポキシベースのボートを製造するコストを劇的に削減したと信じています。さらに、スチレンを排除し、オープンタイムと硬化速度をより細かく制御できます。彼らは次のように結論付けています。「…製造された14台のG-32は期待どおりに機能し、いかなる種類の構造的な故障もありませんでした。ボーナスは、それらの軽量と長くスリムな船体が組み合わさって、多くのレースに勝った非常に速いボートを作ったことです。」そして、28年経っても、彼らは勝ち続けています！