Sammanfattning. Datum:

Transkript

1 1 av 7 Sammanfattning Detta projekt initierades av kurserna 4E1132 Lättviktsdesign och 4E1402 Marindesign vid Kungliga Tekniska Högskolan. Syftet med projekten är att utveckla studenternas förmåga att arbeta i projektform. Kurserna löper över 4 läsperioder och genererar 10 studiepoäng. Kompendiet beskriver projektgruppen Ventums slutgiltiga konceptuella design som i princip går ut på ett planande huvudskrov som har en utriggare i lä med ett vinklat bärplan som rätande moment. När vinden tvingar båten att luta ökar lyftkraften från bärplanet då detta trycks ned i vattnet.

2 2 av 7 Innehållsförteckning Sammanfattning... 1 Innehållsförteckning Inledning Slutgiltigt koncept Princip Roll Gir Pitch Material och vikt Skrov Utriggare Rigg Övrigt Handlings- och resursplan Refuserade koncept Bärplanskonceptet Geometrisktkoncept Bilagor Bilaga 1: Kravspecifikation 5.2 Bilaga 2: Tävlingsregler

3 3 av 7 1 Inledning Detta projekt initierades av kurserna 4E1132 Lättviktsdesign och 4E1402 Marindesign vid Kungliga Tekniska Högskolan. Syftet är att utveckla studenternas förmåga att arbeta i projektform. Kurserna löper över 4 läsperioder och genererar 10 studiepoäng. Uppdragsgivarna tillika kursansvariga har utlyst en tävling mellan grupperna, Ventum och Tridens. Tävlingens syfte är att, inom givna ramar (se Bilaga 1 och 2), inspirera gruppen att designa, utveckla och tillverka en marin farkost med låg vikt som kan segla fort. Farkosten skall dessutom vara autonom eller radiostyrd från land. Under initialarbetet togs flera konceptuella förslag fram. Ett valdes och utvecklades vidare. I denna rapport beskrivs i huvudsak det vinnande konceptet men även de som ratades. 2 Slutgiltigt koncept 2.1 Princip Det valda förslaget bygger på ett planande huvudskrov som har en utriggare i lä med ett vinklat bärplan som rätande moment. Bärplanets utformning medför att den alstrade kraften verkar lyftande på skrovet, detta minskar det hydrodynamiska motståndet. När vinden tvingar båten att luta ökar lyftkraften från bärplanet då detta trycks ned i vattnet Roll Farkostens jämvikt kring roll-axeln, bestäms främst av seglets krängande kraftkomponent (F AIHeel ) och bärplanets lyftkomponent (L HVFoil ). Bärplanets anfallsvinkel och vinkel mot horisontalplanet skall kunna justeras för att uppnå optimalt trim på båten. I upprättläge är båtens vikt begränsande för hur stor lyftkraft som kan alstras. Lyftkraften är proportionell mot det rätande moment Gir För att underlätta avancerad intrimning av segel och bärplan skall farkosten vara kursstabil. Bärplanets placering i lä skapar ett girande moment. Momentet kompenseras genom att placera utriggaren för om rotationscentrum, flytta seglets tyngdpunkt (center of effort) akter om rotationscentrum alternativt flytta våt yta t.ex. rodret föröver.

4 4 av Pitch I likhet med konventionella flerskrovsbåtar finns en risk att farkosten tippar framåt över läutriggaren, då denna i ett stört läge kan ha liten bärighet. Placering och utformning av segel är avgörande för en stabil jämvikt kring pitch-axeln. 2.2 Material och vikt För att kunna veta ungefär hur mycket vikt som kan läggas på varje del har båten delats in i fyra delar, skrov, rigg, utriggare och övrigt. 7,5 kg finns att fördela, vilket har gjorts på följande sätt. Dessa vikter är till förfogande till de specifika delarna av båten. Skrov Rigg (mast, bom, segel, linor) Utriggare (ponton, bärplan, bärarm ut och fötter) Övrigt (radiomottagare, servon, batteri, roder, centerbord) 2,5 kg 2,5 kg 1,5kg 1kg Utredningen har fokuserats på skrovet och dess uppbyggnad, då det är viktigt att denna del har god hållfasthet, när det blir belastat av relativt stora laster från de övriga delarna. I undersökningen av skrovstorlek har två alternativ beaktats. Ett skrov som är så stabilt och kan ta alla laster utan att använda förstärkningar i någon större utsträckning, eller konstruera ett starkt skelett som tar alla laster. En tunn bordläggning av kolfiber läggs runt skelettet. Bordläggningen ska endast ta upp de krafterna från vattnet samt ge formen av en båt.

5 5 av 7 Uppskattningsvis skulle en båt med den senare designen på skrov bli lättast, vilket är till fördel. Byggnadstekniskt blir det definitivt svårare. De viktberäkningar som genomförts är baserade från ett optimalt perspektiv, vilket troligtvis inte kommer uppnås. En vägning av de kolfiberskrov som finns utanför Jakob Kuttenkeulers rum, plan 4, ger en fingervisning om relationen mellan skrovstorlek och vikt. Skrovet vägde 340 g och hade längden 120 cm. Skrovet upplevdes väldigt tunt, så dess hållfasthet och hur vattentätt det är, finns det tvivel om Skrov Enkla överslags beräkningar har utförts på de olika delarna. Det yttre skrovet uppskattas vara c:a 230 cm långt och 60 cm i omkrets. Skrovet har en tjocklek på 0,3 mm Densiteten på kompositen är ~ 2000kg/m 3. Vikten blir således 0,7 kg på det yttre skrovet. På motsvarande sätt beräknas vikten på skelettet till 0,5 kg. Sammanfogning av dessa två sker enkelt med lim. Även någon slags förstärkning bör tas med i beräkningarna. Ungefär 0,5-1,0 kg avsätts för detta. Den totala vikten blir då ~2,0 kg. Man bör också räkna med att måla, lacka eller spackla för att få skrovet helt vattentätt Utriggare Som bärarm för utriggaren används kolfiberstav, denna väger * 0,3 kg. Längst ute på armen sitter det ett bärplan och en ponton som endast har till uppgift att hålla båten upprätt när den ligger stilla. Då storlek på ponton och bärplan inte bestämt uppskattas dessa enligt följande, ponton 0,3 kg, bärplan 0,2 kg, annat 0,2 kg. Den totala vikten för utriggaren blir då 1,2 kg Rigg Seglet skulle kunna gå att göra mycket lätt men risken är då att det förlorar sin form. Formen är mycket viktig då det gäller att få den något böjd likt formen på en vinge. För att få en uppskattning på vikten har jämfört den med segel till vindsurfingbrädor och har då kommit fram till att 1,8 kg skulle räcka om man skulle ha samma kolfiberstav som i bärarmen för utriggaren till masten och bommen vilket skulle väga c:a 0,6 kg. Man bör även avsätta vikt till linor och stag. Totala vikten blir då ungefär 2,5 kg Övrigt Ett kilo är avsatt till radiomottagare, två stycken servon och ett batteriback, vilket tillsammans väger 0,26 kg. Även roder och centerbord är inräknade i denna kategori. * Uppmätt vikt Uppmätt vikt

6 6 av 7 3 Handlings- och resursplan Efter övergripande undersökning om kraftsamband och viktfördelningar på farkosten skall nu delarna optimeras var för sig. Huruvida huvudskrovet skall byggas med steg eller inte skall utvärderas. Grundligare beräkningar på vikt, motstånd, stabilitet, framdrift och hållbarhet skall ske. Den preliminära designen skall vara klar den 25 november Till beräkningar disponerar projektet ungefär 480 mantimmar. En prototyp skall vara klar för test den 10 december Projektets budget är SEK, som eventuellt kan utökas då sponsring av utrustning skall undersökas. Projektet disponerar skolans lokaler så som datasalar, högrekurs-lokalen Poolen med tillhörande verkstad samt ett strukturlaboratorium. 4 Refuserade koncept Efter vild brainstorming och många långa diskussioner enades gruppen tillslut om att undersöka tre intressanta grundkoncept. De två refuserade koncepten beskrivs i korthet nedan. 4.1 Bärplanskonceptet Bärplan är en vinge under vattnet som skall lyfta upp båten för att åstadkomma en mindre våt yta, vilket ger ett mindre motstånd. Gruppen fann att det skulle vara svårt att bygga bärplan för hela båten i den lilla skala som krävs. Konceptet refuserades på grund av att balans och stabilitet skulle vara en för stor riskfaktor för genomförbarheten. 4.2 Geometrisktkoncept Detta koncept grundar sig helt på förra årets farkost som byggdes av Tachus. Gruppen ansåg till en början att det var en mycket intressant idé att utveckla vidare. Farkosten har två skrov som är placerade parallellt med varandra. Riggen är placerad på det mindre läskrovet som fungerar som en flytkropp till masten, som sedan skall upp ur vattnet när båten seglar. Förslaget förkastades då gruppen tyckte att det vore roligare att jobba med ett nytt, eget, koncept.

7 7 av 7 5 Bilagor 5.1 Bilaga 1: Kravspecifikation 5.2 Bilaga 2: Tävlingsregler