30년 된 카타마란 '이그노토(Incognito)', 여전히 속도 기록 경신하며 신형 압도

고우전 브라더스(Gougeon Brothers Inc., 미국 미시간주 베이시티)가 28년 된 카타마란이 여전히 속도 기록을 경신하며 훨씬 더 최신 선박들을 제치고 있다는 흥미로운 보도자료를 보냈다. 이그노토(Incognito)는 1990년 고우전 매뉴팩처링(Gougeon Manufacturing)이 제작한 복합재 카타마란이다. 워싱턴주 포트 타운센드의 러셀 브라운(Russell Brown)이 이 28년 된 G32 선박을 단독으로 험난한 R2AK(알래스카 경주)에 출전시켰다. 포트 타운센드(WA)에서 빅토리아(BC)까지 예선전에서 함대보다 40분 앞서 결승선을 통과했다. 이후 3일간 선두를 유지하며 2년 연속 단독 1위 완주, 2017년 기록적인 우승 당시 같은 보트로 24시간 이상 단축했다.

고우전 웹사이트에서 미드와 얀 고우전 형제가 이 빠른 G32 카타마란을 만들기 위해 수행한 고통스러운 개발, 설계, 제작 과정을 상세히 기록한 긴 문서(최종 업데이트: 1996)를 발견하고 놀랐다. 이것이 28년이 지난 지금도 성공의 비결일 것이다. 아래에 일부 발췌했으며, 전체 문서는 여기에서 볼 수 있다: https://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.html

배경과 설계 목표

"1986년 풍력 산업의 급격한 붕괴로 3년간 가동 중단됐던 풍력 블레이드 제조 공장을 1990년 재가동하기로 결정했을 때, 풍력 산업이 예전 건전성을 회복하려면 아직 멀었다는 걸 받아들였습니다. 풍력 사업이 회복될 때까지 제2의 제품으로 공장 간접비를 분담해야 했습니다. 풍력 블레이드 외에 독특한, 트레일러 운반 가능한 32피트 길이의 카타마란 'G-32' 제조를 시작했습니다. 내 동생 얀과 나는 가볍고 빠르며 재미있게 항해할 수 있고, 2~3명이 주말 숙박 가능하며, 35,000달러 미만 가격의 카타마란에 큰 시장이 있을 거라 오랫동안 생각했습니다. 대량 생산 의도는 없었습니다. 주당 2대 생산으로 재무 목표 달성, 3대면 수익이 날 것으로 봤습니다."

"G-32는 상하 두 개의 큰 금형으로 전체 구조를 만들고 중심선에서 한 번의 대형 본딩으로 결합하도록 설계됐습니다. 이는 툴링과 금형에 대한 최소 투자로 저량 생산의 재정적 타당성을 확보하게 했습니다. 가장 큰 설계 과제는 중형 승용차로 견인할 수 있을 만큼 가볍게 만드는 것이었습니다. 보트와 트레일러 합계 무게 2,200파운드 초과 불가. 두 가지 영역에 집중했습니다. 첫째, 보트에서 불필요한 무게를 최대한 설계로 배제했습니다. 표면적 최소화하고 예상 하중을 수용하도록 구조를 세심하게 설계했습니다. 예: 캐빈이 두 선체 간 필요한 비틀림 저항을 제공하는 대형 토크 박스 역할을 했습니다. 둘째, 비용 목표 내에서 가능한 가장 가벼운 제조 기술을 사용했습니다. 성형 셸에 파운드당 10달러 초과 불가, 총중량 800파운드 이하."

"우리는 이국적 섬유, 고가 코어 소재, 에폭시 수지를 사용해 매우 가볍지만 비싼 '원오프(one-off)' 경주용 요트를 제작한 다년간 경험이 있습니다. 이런 맞춤형 보트의 성형 부품은 파운드당 50~100달러까지 나갑니다. 보통 이런 하이테크 보트는 남성 금형 위에 라미네이팅하며 경량 밀착 라미네이트를 위해 다중 진공 백 적용이 필요했습니다. 최소 3회 진공 백 적용(두 스킨과 분리 코어 각각 별도 압착), 프리프레그 소재 사용 보트(최근 아메리카컵 요트 등)는 레이어당 디벌킹 위해 6~10회 진공 백 적용 후 최종 압착, 오븐 제어 경화 필요. 진공 백 제작·적용은 노동 집약적이라 여성 금형을 항상 쓰는 양산 보트 제작에는 사용이 제한됐습니다. 과거 여성 금형에서 핸드 레이드 외피에 진공 백으로 코어 적층 시 과도한 프린트스루(print-through) 발생해 빌더들 관심 저하."

무게와 비용 절감을 위한 새로운 제조 공법

고우전 형제는 이런 이슈에도 불구하고 라미네이트 무게 절감을 위해 진공 백킹과 인퓨전이 필수라 판단했다. 무게와 비용을 모두 아끼기 위해 당시로선 새로운 제조 공법을 채택했다:

1. 더 긴 아웃타임(out-time)으로 제조된 에폭시 수지를 사용해 최대 물성 확보, 아웃타임 덕분에 전체 라미네이트를 한 번의 진공 단계로 동시에 압착.
2. 여성 금형에서 폴리에스터 기반 젤코트로 저비용이면서 마감된 표면 제공, 프린트스루 최소화. 폴리에스터 젤코트 표면과 에폭시 라미네이트 간 본딩이라는 큰 문제를 제조 공정 중 두 이종 소재 사이에 특수 개발된 타이코트(tie-coat) 물질 도포로 해결.
3. 모든 보강재를 롤코터 기계로 기계적 습윤 처리해 노동력 절감 및 수지 제어 향상.
4. 특수 설계된 긴 아웃타임 에폭시 수지를 140°F(60°C) 이하 온도에서 후경화해 높은 물성 달성.

두 형제는 비용, 패널 성능, 조립 노동력, 마감 외피 품질을 고려해 최적 라미네이트를 위한 보강재를 신중히 평가했다. 30개 조합을 초기 평가(표 참조: https://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/goufig1.htm)했으며 스티치드 E-글라스에 초점. 코어는 가장 비싼 구성 요소라 여러 두께와 소재로 신중 평가. 4시간 아웃타임의 프로셋(PRO-SET) 에폭시 수지 시스템이 이 새로운 제조 공정용으로 고우전 자체 연구소에서 개발됐다.

두 형제는 매트릭스 소재로 30개 테스트 패널을 제작 후 12개 소재 조합으로 좁혀 자사 하이드로맷(Hydromat) 테스트 스탠드에서 피로 테스트 진행. 핵심 질문: "가장 가혹한 작동 조건에서 보트가 제대로 성능을 내기 위해 얼마나 많은 강성이 필요한가?" 테스트 결과 기반으로 보트 설계의 평평한 영역을 줄여 덜 강하고 저렴한 패널 사용 가능하게 설계 변경.

"G-32 구조의 장기 생존을 위해 지속적 순환 피로 하중 5psi와 간헐적 슬래밍 하중 15psi 근접에 대한 장기 패널 저항성이 필요하다고 판단했습니다. 이 기준은 스트레인 게이지 실측 같은 과학적 방식(어려움)으로 수립된 게 아닙니다. 대신 다양한 성공과 실패를 거친 수많은 선박 제작에 사용된 여러 소재 조합의 성능에 대한 우리 경험을 반영했습니다. 이는 복합재 소재의 최근 혁명적 발전 이전까지 업계에 잘 기여하지 못한 전형적인 역사적 시행착오식 보트 설계·엔지니어링 접근법입니다. 하이드로맷 같은 새로운 테스트 방법은 실제 하중 조건을 근접 시뮬레이션해 복합재 소재 성능을 더 잘 평가함으로써 더 정보에 입각한 결정을 가능케 하려는 시도입니다."

문서는 단주기 피로 테스트 공정을 상세히 설명한다. 최종 선택된 소재 조합에 대해 저자들은 "어느 구조 영역(강성, 극한 강도, 피로)에서도 가장 강한 패널은 아니었습니다. 그러나 G-32 보트 프로젝트의 구조적 필요를 지원하기엔 충분 이상이었습니다. 더 중요한 건 패널 #48이 비용, 무게, 제조 용이성 세 영역에서 우수한 점수를 받았습니다."라고 말한다. 패널 #48은 브런스윅 테크놀로지스(Brunswick Technologies Inc.)의 다축 섬유유리 스킨과 DIAB의 클레게셀(Klegecell) PVC 폼 코어로 구성.

흥미롭게도 프로젝트에서 가장 어려웠던 부분 중 하나는 과도한 중량 증가 없이 고광택 외장 마감을 구현하는 것이었다. 해결책은 고도로 숙련된 개인이 최상의 젤코트 적용을 수행하는 것이었다고 고우전 형제는 말한다.

설계와 소재 선정에 쏟은 노력에도 불구하고, 1992년 말 형제가 풍력 에너지 부문 매각을 결정하면서 보트 프로젝트의 주된 이유가 사라져 파운드당 10달러 비용 목표는 거의 달성 못 했다. 단 14대 G-32 제작 후 생산 중단. 하지만 그들은 "G-32로 개발된 에폭시 기반 보트 제조 기술이 이제 여성 금형에서 제작되는 고성능 보트 건설에 널리 쓰입니다. 미드와 얀 고우전은 자사 제조 공정이 남성 금형 맞춤 제작 대비 에폭시 기반 보트 제조비를 획기적으로 줄였으며, 스티렌을 제거하고 아웃타임과 경화 속도 제어를 향상시켰다고 믿습니다. 결론적으로 '…제작된 14대 G-32는 예상대로 성능을 내며 어떤 구조적 결함도 없었습니다. 보너스로 가벼운 무게와 길고 날씬한 선체 덕분에 매우 빠른 보트가 되어 많은 레이스에서 우승했습니다.' 그리고 28년이 지난 지금도 계속 우승 중입니다!"