30년 전 해양 디자인의 매혹적인 내부 모습

Gougeon Brothers Inc.(미국 미시간주 베이 시티)는 최근 속도 기록을 세우고 훨씬 더 새로운 선박을 능가하는 28년 된 쌍동선에 대한 흥미로운 보도 자료를 보냈습니다. 시크릿 1990년 Gougeon Manufacturing에서 제작한 합성 쌍동선입니다. 워싱턴주 포트 타운젠드의 Russell Brown은 28년 된 선박인 G32를 혹독한 R2AK(Race to Alaska)에서 단독으로 경주했습니다. Port Townsend WA에서 BC주 빅토리아까지의 예선에서 그는 나머지 함대보다 40분 앞서 결승점을 통과했습니다. 그런 다음 그는 3일 동안 레이스를 주도했고 2년 연속으로 첫 솔로 완주자가 되었으며, 같은 배를 타고 2017년 자신의 기록 경신 우승을 24시간 이상 깨뜨렸습니다.

그래서 나는 Gougeon 웹사이트에서 Meade와 Jan Gougeon이 빠른 G32 쌍동선을 만들기 위해 수행한 힘든 과정을 설명하는 길고 상세한 개발, 설계 및 시공 문서(최신 업데이트:1996)를 발견하고 놀랐습니다. 28년만의 성공. 아래 섹션을 빌렸으며 여기에서 문서 전체를 읽을 수 있습니다. http://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.html .

“1986년 풍력 산업의 극적인 추락으로 인해 3년 동안 유휴 상태였던 풍력 블레이드 제조 공장을 1990년에 다시 열기로 결정했을 때 우리는 풍력 산업이 이전의 건강을 되찾으려면 아직 멀었다는 사실을 받아들였습니다. 풍력 사업이 이전 수준으로 돌아올 때까지 공장 간접비를 두 번째 제품과 공유해야 했습니다. 윈드 블레이드 외에도 우리는 'G-32'라고 불리는 독특하고 트레일러가 가능한 32' 길이의 쌍동선을 제조하기 시작했습니다. 제 남동생 Jan과 저는 오랫동안 빠르고 재미있는 경량 쌍동선에 대한 큰 시장이 있을 것이라고 생각했습니다. 항해, 2 또는 3을 위한 주말 숙박 시설이 있었고 가격은 $35,000 미만이었습니다. 우리는 대량 생산을 달성할 의도가 없었습니다. 주당 2개를 건설할 수 있다면 재정 목표를 달성할 수 있고 주 3개는 수익성이 있을 것입니다."

“G-32는 전체 구조가 두 개의 대형 몰드(위쪽과 아래쪽)로 제작될 수 있도록 설계되었으며, 이 몰드는 한 번의 대규모 접합 작업으로 중심선에서 결합되어야 했습니다. 이를 통해 툴링 및 금형에 대한 투자를 최소화하여 경제적으로 소량 생산을 실현할 수 있었습니다. 가장 큰 설계 과제는 중형 자동차가 견인할 수 있을 만큼 G-32 경량을 제작하는 것이었습니다. 이를 달성하기 위해 보트와 트레일러의 합한 무게는 2,200파운드를 초과할 수 없습니다. 이 문제에 대한 우리의 접근 방식은 두 가지 영역에 중점을 두었습니다. 첫째, 우리는 가능한 한 불필요한 무게를 배 밖으로 설계했습니다. 표면적을 최소화하고 예상되는 하중을 수용할 수 있도록 구조를 신중하게 설계했습니다. 예를 들어, 캐빈은 두 선체 사이에 필요한 비틀림 저항을 제공하기 위해 큰 토크 박스 역할을 했습니다. 둘째, 우리는 비용 목표 내에서 감당할 수 있는 가장 가벼운 건설 기술을 사용했습니다. 우리는 $10/lb 이상을 쓸 수 없었습니다. 성형 쉘의 경우 무게가 800파운드를 넘을 수 없습니다. 총.

“우리는 이국적인 섬유, 값비싼 코어 재료 및 에폭시 수지를 사용하여 매우 가볍지만 값비싼 보트를 만드는 첨단 '일회성' 경주용 범선을 제작하는 데 다년간의 경험을 가지고 있습니다. 이러한 맞춤형 보트의 성형 부품은 파운드당 50~100달러의 비용이 들 수 있습니다. 일반적으로 이러한 하이테크 보트는 가볍고 압축된 라미네이트를 얻기 위해 여러 번의 진공 백 적용이 필요한 수형 몰드 위에 라미네이트되었습니다. 3개의 개별 진공 백 적용은 최소였으며, 2개의 스킨과 분리 코어는 모두 고품질 라미네이트를 보장하기 위해 별도의 압축이 필요했습니다. 최근의 America's Cup 요트와 같은 프리프레그 재료를 사용하는 보트는 각 층의 부피를 줄이기 위해 6~10회의 진공 백 적용이 필요할 수 있으며 오븐 제어 경화가 일어나기 전에 모든 층의 최종 압축이 필요할 수 있습니다. 진공 백의 제작 및 적용은 노동 집약적이며, 이로 인해 암 금형이 항상 사용되는 생산 보트 건조에서 사용이 제한되었습니다. 과거에는 암 금형의 손으로 엮은 외부 스킨에 코어를 진공 청소기로 집어넣으려는 시도로 인해 과도한 인쇄가 발생하여 건축업자의 관심이 더욱 떨어졌습니다.”

Gougeon 형제는 이러한 문제에도 불구하고 라미네이트 무게를 줄이기 위해 진공 포장 및 주입이 필수라고 말합니다. 그래서 그들은 무게와 비용을 모두 줄이기 위해 다음 단계에 따라 당시 새로운 제조 방법을 선택했습니다.

1) 더 긴 out-time으로 공식화된 Epoxy 수지는 전체 라미네이트가 한 번에 압축된 상태에서 단 하나의 진공 단계만 가능하게 하는 out-time으로 최대 특성을 위해 사용됩니다.

2) 암형 몰드의 폴리에스터 기반 겔코트는 인쇄를 통해 최소한의 인쇄를 통해 저렴하면서도 완성된 표면을 제공합니다. 저자는 제조 과정에서 두 개의 이종 재료 사이에 적용되는 특수 개발된 타이 코트 물질로 폴리에스터 겔코트 표면과 에폭시 라미네이트를 접착하는 중대한 문제를 해결했다고 언급합니다.

3) 모든 보강재는 롤 코터 기계로 기계적으로 적셔 노동을 줄이고 수지 제어를 향상시킵니다.

4) 특별히 설계된 긴 개방 시간 에폭시 수지는 높은 물리적 특성을 얻기 위해 140°F를 초과하지 않는 온도에서 후경화됩니다.

두 형제는 비용, 패널 성능, 조립 공수, 마감 외부 표면 품질 등을 고려하여 최상의 라미네이트를 만들기 위해 보강재를 신중하게 평가했습니다. 30개 조합의 매트릭스가 처음에 스티칭된 E-유리에 중점을 두고 평가되었습니다(여기에서 표를 볼 수 있습니다:http://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/goufig1.htm). 코어는 가장 고가의 부품이었기 때문에 여러 두께와 재질로 신중하게 평가되었습니다. 오픈 시간이 4시간인 PRO-SET 에폭시 수지 시스템은 이 새로운 제조 공정에 사용하기 위해 Gougeon의 자체 연구실에서 개발되었습니다.

두 형제는 궁극적으로 매트릭스의 재료를 사용하여 30개의 테스트 패널을 구성한 다음 회사의 Hydromat 테스트 스탠드에서 피로 테스트를 위해 12개의 재료 조합으로 범위를 좁혔습니다. 그들의 핵심 질문은 "보트가 가장 가혹한 작동 조건에서 제대로 작동하려면 어느 정도의 강성이 필요합니까?"였습니다. 두 사람은 테스트 결과를 기반으로 보트 디자인에서 평평한 부분을 줄이기 위해 설계를 변경했다고 말합니다. 평평한 부분에는 추가적인 강성이 필요하므로 덜 강하고 저렴한 패널을 사용할 수 있습니다.

"우리는 G-32 구조의 장기간 생존을 위해 5psi의 지속적인 주기적 피로 하중과 15psi에 근접하는 간헐적 슬래밍 하중에 대한 장기간 패널 저항이 필요하다고 결정했습니다. 이 기준은 스트레인 게이지를 사용한 실제 측정(어렵다)과 같은 과학적 방법으로 확립되지 않았습니다. 대신 수년 동안 다양한 성공과 실패로 수많은 선박을 제작하는 데 사용된 여러 재료 조합의 성능에 대한 우리의 경험을 반영했습니다. 이것은 보트 설계 및 엔지니어링에 대한 일반적이고 역사적이며 시행착오적인 접근 방식이며 최근의 복합 재료의 혁신적인 개발 이후 업계에 잘 활용되지 않았습니다. Hydromat과 같은 새로운 테스트 방법은 실제 하중 조건을 밀접하게 시뮬레이션하는 방식으로 복합 재료 성능을 더 잘 평가하여 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있도록 하려는 시도입니다.”

이 문서는 계속해서 단주기 피로 시험 프로세스를 자세히 설명합니다. 저자들은 궁극적으로 선택한 재료 조합이 “강성, 극한 강도 또는 피로의 구조적 영역에서 평가된 가장 강력한 패널이 아니었습니다. 그러나 G-32 보트 프로젝트의 구조적 요구 사항을 지원하기에 충분했습니다. 더 중요한 것은 패널 #48이 세 가지 다른 영역에서 좋은 점수를 받았다는 것입니다. 비용, 무게 및 제조 용이성." 패널 #48은 DIAB의 Klegecell PVC 폼 코어 위에 Brunswick Technologies Inc.의 다축 유리 섬유 스킨으로 구성되었습니다.

흥미롭게도 프로젝트에서 가장 어려운 부분 중 하나는 젤 코팅이 추가할 수 있는 과도한 무게 없이 고광택 외부 마감을 달성하는 것이라고 말했습니다. 해결책은 고도로 훈련된 개인이 가능한 한 최상의 젤코트 도포를 하도록 하는 것이라고 Gougeon 형제는 말합니다.

디자인과 재료 선택에 세심한 주의를 기울였음에도 불구하고 완성된 라미네이트 1파운드당 10달러의 비용 목표는 달성하지 못했습니다. 1992년 후반에 형제가 풍력 에너지 부문을 매각하기로 결정했기 때문입니다. 프로젝트. G-32 14대만 제작된 후 얼마 지나지 않아 생산이 중단되었습니다. 그러나 G-32로 개발된 에폭시 기반 보트 건조 기술은 현재 암 금형으로 제작되는 고성능 보트 건조에 널리 사용된다고 합니다. Meade와 Jan Gougeon은 수 금형에 맞춤형 보트를 제작하는 비용과 비교하여 제조 공정이 에폭시 기반 보트 제조 비용을 극적으로 절감했다고 믿습니다. 또한 스티렌을 제거하고 개방 시간과 경화 속도를 더 잘 제어할 수 있었습니다. 그들은 "...제조된 14대의 G-32는 어떤 종류의 구조적 결함도 없이 예상대로 작동했습니다. 보너스는 길고 슬림한 선체와 결합된 가벼운 무게가 많은 경주에서 우승한 매우 빠른 보트를 만들 수 있다는 것입니다.” 그리고 28년이 지난 지금도 그들은 계속해서 승리하고 있습니다!