합성으로 새로운 비행 쾌속정이 가능

운송의 글로벌 전기화는 기술 개발을 지배하고 자동차 및 무인 항공기에서 철도 운송 및 선박에 이르기까지 모든 것에 영향을 미치는 무수한 힘에 의해 동시에 가능하고 방해되는 고르지 않은 진화입니다. 이러한 활성화/장애 요인에는 빠르게 성숙하지만 무거운 배터리, 때때로 적응이 느린 정부의 감독, 중력 및 마찰의 원칙, 엄격한 승객 안전 요구 사항, 불안한 보험 회사, 가벼운 소재의 불균등한 개발이 포함됩니다.

그러나 재료, 처리, 하드웨어 및 소프트웨어 혁신은 불과 몇 년 전만 해도 상상할 수 없었던 제품을 가능하게 하고 있으며 Seven보다 더 좋은 예는 없을 것입니다. , Sicomin Epoxy Systems(Châteauneuf les Martigues, France)에서 제공하는 수지 매트릭스 솔루션을 사용하여 Candela Boats(스웨덴 리딩괴)에서 제조하는 새로운 완전 전기식, 장거리, 완전 복합 포일링 쾌속정

여기까지 온 방법

Candela Boats는 2014년 CEO Gustav Hasselskog에 의해 설립되었으며, 그는 교육을 받은 엔지니어이지만 이전에 컨설턴트 및 소비자 화학 제품 시장에서 일했습니다. 자신의 고백으로 Hasselskog는 회사 업무 세계에 "지루해져서" 더 의미 있는 일을 찾기로 결정했습니다. 그는 2014년에 회사를 그만두고 그해 여름에 가족과 함께 스웨덴 스톡홀름을 둘러싸고 있는 군도 중 한 곳에 위치한 집으로 피신했습니다.

Hasselskog는 "우리는 V-8 엔진이 장착된 25피트 길이의 보트를 가지고 있었습니다."라고 회상하며 어디로든 이동하고 무엇이든 얻으려면 1회당 최소 50달러의 비용이 드는 스톡홀름까지 보트 여행을 해야 한다고 덧붙였습니다. "보트에 그렇게 많은 돈을 쓰는 것이 조금 이상하게 느껴졌습니다."라고 그는 말합니다. Hasselskog는 레저 보트를 보다 효율적으로 만들기 위해 무엇이 필요한지 궁금해하면서 수학을 시작했습니다. "제가 발견한 것은 보트를 더 효율적으로 만들고 전기로 만드는 주제가 아직 다루어지지 않았다는 것입니다."

Hasselskog는 레크리에이션 해양 시장을 더 연구하기 시작했습니다. 그는 배터리와 전기 추진 기술을 연구하여 비행기에 최소 50해리의 항속거리를 제공하는 데 필요한 것이 무엇인지 결정했습니다. 이는 그가 합리적이라고 생각한 목표였습니다. 지금까지 선박을 계획하는 데 전기 추진력을 적용하는 것은 주로 보트가 극복해야 하는 수면 마찰로 인해 동력 부족과 항속 거리 부족으로 어려움을 겪었습니다. 또한, 대패 보트의 범위 또는 출력을 늘리려면 배터리를 추가해야 하며, 이는 또한 무게와 더 나아가 항력을 추가합니다. 요컨대, Hasselskog는 대패를 더 효율적으로 만드는 것이 불가능하다는 것을 발견했습니다. “비행선은 막다른 골목입니다. 더 효율적으로 만들 수는 없습니다.”라고 그는 말합니다. "포일링이 유일한 방법입니다." 그래서 Hasselskog는 군도에 있는 가족의 여름 별장을 팔았고 2014년에 Candela Boats가 탄생했습니다.

포일링은 복잡한 열역학 때문에 본질적으로 불안정합니다. Candela Boats는 포일을 조작하고 부드럽고 안전한 승차감을 보장하는 정교한 센서 및 제어 시스템을 개발했습니다. 출처 | 칸델라 보트

포일링은 마음이 약한 사람을 위한 것이 아닙니다.

포일링의 주요 과제는 위를 통과하는 보트의 고유한 불안정성에 있습니다. 물이지만 물 표면에는 없습니다. 포일(더 정확하게는 수중익)은 보트 선체 바닥에 부착된 날개 모양의 구조입니다. 포일은 여행 방향에 수직으로 물을 통과하고 동일한 항공기 비행 원리를 사용하여 특정 속도로 보트를 물에서 완전히 제거하기에 충분한 양력을 제공합니다. 따라서 선체 마찰이 제거되어 포일 드래그와 공기가 유일한 저항으로 남습니다.

포일은 다양한 모양을 가질 수 있지만 모든 경우에 물 가장자리를 먼저 통과하는 평평한 평면 표면을 제공해야 합니다. 그리고 항공기 날개처럼 수중에서 포일의 받음각을 조정하여 양력을 높이거나 낮출 수 있습니다. 포일은 다양한 수심에서도 사용할 수 있지만 깊이는 효율성에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 상대적으로 얕은 표면 관통 포일은 더 안정적이지만 덜 효율적입니다. 더 깊은 포일링은 더 효율적이지만 덜 안정적입니다.

어쨌든, 물 위의 "비행"은 물 표면에서 대패가 직면하는 것과 매우 다른 유체 역학적 환경을 나타냅니다. 물 밖으로 나와 호일을 타는 보트는 매우 다르게 동작합니다. 무게 분포, 회전, 바람 저항 및 난류 물은 신중하게 관리해야 합니다.

포일링 기술은 100년이 넘었지만 지금까지 대형 경주용 요트와 일부 여객선에 주로 사용되었습니다. 포일링 요트는 일반적으로 역동적이고 빠르게 움직이는 포일링 구조를 관리하도록 잘 훈련된 대규모 승무원이 탑승합니다. 포일링 페리는 표면을 관통하는 포일링에 의존하며, 앞서 언급했듯이 더 안정적입니다.

Hasselskog는 쾌속정을 최대한 효율적으로 만들기로 결정하고 깊은 포일을 선택했습니다. . 누가 운전대를 잡고 있든 관계없이 딥 포일링 보트가 쉽고 매끄럽고 안전하게 작동하도록 하는 것이 과제가 될 것입니다. 그렇게 하려면 전례 없는 포일링 제어 시스템과 가벼울 뿐만 아니라 특별히 설계된 보트 구조의 개발이 필요합니다. 포일을 위해.

완벽한 포일 만들기

세븐 길이 7.7m, 폭 2.4m, 무게 1,300kg, 수용 인원은 6명입니다. 그것은 2개의 포일을 사용하는데, 그 중 가장 큰 포일은 보트 앞쪽에서 약 2미터 떨어진 곳에 배치됩니다. 기본 포일의 디자인은 비교적 간단합니다. 두 개의 스트럿이 선체를 통과하여 물 속으로 들어가고 길이 2.35미터, 너비 200밀리미터, 두께 25밀리미터인 포일에 직각으로 부착됩니다. 역 ∏-포일이라고도 하는 포일은 이동 방향에 수직으로 배향됩니다. 포일 스트럿은 모터로 작동되어 포일을 낮추거나 올리기 위해 위아래로 움직입니다. 보트가 포일링되지 않을 때 포일은 보트 선체와 같은 높이로 완전히 수축됩니다. 포일 속도에서 포일은 최대 550mm 깊이까지 물 속으로 전개됩니다.

일곱 포일링 모드가 아닌 경우 두 개의 주황색 스트럿이 연결되어 포일을 작동시켜 포일을 선체와 같은 높이로 잡아당깁니다. 흰색과 주황색 포일이 여기에서 선체 바로 아래와 수위 바로 위에서 볼 수 있습니다. 출처 | 칸델라 보트

보트 뒤쪽에는 방향타 역할도 하는 두 번째 작은 T 포일이 있습니다. 방향타 끝에서 프로펠러를 돌리는 방향타의 구동축을 작동시키는 55kW 전기 모터에 부착되어 있습니다. 모터는 보트가 포일링할 때 균형을 제공하기 위해 선체의 가장 앞쪽 부분에 위치한 충전식 배터리로 구동됩니다. 세븐 14-15노트에서 포일링을 시작하고 22노트로 순항하며 최대 속도는 30노트이고 범위는 50해리입니다.

Candela Boats의 제품 관리자인 Teodor Hällestrand는 포일 스트럿과 포일이 탄소 섬유/에폭시 복합 재료이며 중요한 설계 엔지니어링 문제를 제기했다고 말했습니다. 부드러운 주행에 필요한 제어 기능을 제공하기 위해 Candela는 변화하는 보트 상태에 맞게 포일을 조정할 수 있어야 했습니다. 이를 위해서는 반응성이 높은 포일과 결합된 매우 동적인 센서/제어 시스템이 필요합니다. "포일은 직선형이지만 속도, 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도에 따라 물 속에서 비틀 수 있기를 원했습니다."라고 Hällestrand는 말합니다. "우리는 보트가 어떻게 배치되어 있는지 이해하고 방향을 조정하여 최대한 부드럽게 탈 수 있습니다." 이것은 특히 회전을 위해 포일의 받음각을 변경하거나 포일을 비틀기 위해 스트럿을 동적으로 조정하는 제어 시스템에 의해 수행됩니다.

Hasselskog는 "우리는 전면 포일을 비틀거나 다른 각도의 공격을 제공할 수 있어야 합니다."라고 말합니다. 이러한 모든 동작은 하중 하에서 발생합니다. "따라서 우리는 비틀림 강성은 낮지만 굽힘 강성은 높은 재료가 필요합니다." 그 결과 필요한 강성과 굽힘 기능을 제공하기 위해 단방향(UD) 탄소 섬유 테이프(주로 ±45도)를 사용하는 "상당히 정교한 레이업 계획"이 생성됩니다. 포일은 다양한 공급업체의 표준 모듈러스 탄소 섬유를 사용하고 Sicomin Epoxy Systems에서 공급하는 SR1710 에폭시 수지를 주입합니다. 호일은 실온에서 경화된 후 40°C 후 경화됩니다.

보통의 선체가 아님

일곱은 어디에도 없습니다 설계와 엔지니어링 모두에서 선체보다 더 분명한 계획 보트 설계 표준에서 출발했습니다. 가장 눈에 띄는 것은 보트 전면에 표준 V자형의 파도를 가르는 선체를 특징으로 하지만 선체는 전면 포일에서 선미까지 평평하다는 사실입니다. Hasselskog는 이에 대한 몇 가지 이유를 지적합니다.

Seven의 내부 의 선체는 탄소 섬유/에폭시 복합 라미네이트에서 절단된 다음 접착제 및 기계적 패스너로 제자리에 접착된 스트링거 및 리브를 보여줍니다. 이 아키텍처를 통해 Candela Boats는 선체를 신속하게 조립하고 설계 변경에 유연하게 적응할 수 있습니다. 출처 | 칸델라 보트

첫째, 그는 "파도를 뚫기 위해 V자 모양만 있으면 됩니다."라고 말합니다. 또한 보트가 포일링되지 않을 때 포일을 보호합니다. 둘째, 선체의 절반을 평평하게 하면 제조가 단순화되고 무게가 많이 절약됩니다. 셋째, 평평한 바닥은 승선/하선을 위해 부두에서 보트를 믿을 수 없을 정도로 안정적으로 만듭니다. "그것은 바지선과 같습니다."라고 그는 말합니다.

그러나 선체 내부는 Candela가 Seven 구조적으로 건전할 뿐만 아니라 효율적이고 상대적으로 빠른 제조에 적응할 수 있습니다. Hällestrand는 선체 디자인이 항공기 동체와 비슷하다고 말합니다. 호일과 마찬가지로 선체는 동일한 UD 탄소 섬유와 SR1710 에폭시를 사용하여 주입되며 SR1710으로 만든 복합 도구로 제작됩니다. 흘수선 아래의 선체 두께는 3밀리미터입니다. 흘수선 위의 선체 두께는 2밀리미터입니다.

Sicomin의 수출 관리자인 Marc Denjean은 SR1710이 "평균 이상의 기계적 특성"을 제공하는 고성능 에폭시 시스템이라고 말했습니다. Sicomin은 또한 인몰드 에폭시 하이빌드 프라이머를 제공하므로 선체를 탈형하여 페인팅할 수 있습니다.

스트링거와 리브를 만들기 위해 Candela는 3mm 두께의 단단한 라미네이트 탄소 섬유/에폭시 주입 패널로 시작한 다음, 라미네이트가 배치되는 선체의 위치에 따라 CNC 기계로 모양을 만듭니다. 선체 구조(스트링거 및 리브)를 만들기 위해 이 절단된 모양을 조립하고 서로 접착하고 선체에 접착제와 기계적 패스너를 사용합니다.

Seven의 배터리 팩 보트가 포일링 모드에 있을 때 필요한 균형을 제공하기 위해 선체의 앞쪽 부분에 있습니다.

출처 | 칸델라 보트

이 라미네이트 절단 및 조립 설계/제조 공정은 매우 효율적이며 Candela Boats가 단 40시간 만에 선체 구조를 구축할 수 있게 해준다고 Hasselskog는 말합니다. 또한 금형 수정에 드는 비용과 시간 없이 내부 구조를 설계 변경에 맞게 쉽게 조정할 수 있습니다. "가공 코드를 변경하기만 하면 확장, 변경 또는 새로운 구조 구축이 쉽습니다."라고 그는 말합니다.

결론

Hasselskog의 원래 비전에 따라 Seven 이기는 것이 어렵습니다. 동급 가스 동력 대패 보트보다 4-5배 더 에너지 효율적이며 화학 에너지의 90%를 기계적 에너지로 전환합니다. 또한 Seven의 소유 비용은 , Candela에 따르면 가스 동력 대패보다 95% 적습니다.

회사는 Seven에 대해 190개의 주문을 받았습니다. 그리고 2020년에는 40척의 보트를 조립할 것으로 예상합니다. Hasselskog는 현재 Candela는 보트 설계자이자 조립자일 뿐이라고 말합니다. 복합 구조의 제작은 제3자에 의해 수행되고 있지만 Hasselskog는 Candela가 제조 공정을 최적화하고 궁극적으로 회사의 탄소 발자국을 줄이기 위해 그 작업을 사내에서 가져올 수 있다고 말합니다. Hasselskog는 "우리는 비용을 줄여야 하며 이는 제조 효율성을 높여야 함을 의미합니다."라고 말합니다. "아직 거기까지는 아니지만 올바른 방향으로 가고 있습니다."