Konceptuell design 2004-10-14 Version 1



Relevanta dokument
Sammanfattning. Datum:

5. Framtagning av ett vinnande koncept

Grupp C5. Här beskrivs de olika koncept som tagits fram och vilka metoder som använts vid framtagningen.

Interceptorer i teori och praktik

Introduktion till Biomekanik - Statik VT 2006

specifikationer Sticksvärd (daggerboards) Roder Aktre vattenballasttankar (sidtankar) Främre vattenballasttankar Riggens höjd Riggens anordning

Hopsättning utriggare

Skärgårdstrafik. Stadstrafik

7. Konstruera konceptet

Grundläggande aerodynamik, del 2

3 Fackverk. Stabil Instabil Stabil. Figur 3.2 Jämviktskrav för ett fackverk

Vingprofiler. Ulf Ringertz. Grundläggande begrepp Definition och geometri Viktiga egenskaper Numeriska metoder Vindtunnelprov Framtid

ENTYPSREGEL KLASSBESTÄMMELSER FÖR W30. Inledning. 1. Allmänna klassbestämmelser. 2 Mätkontroll. Reviderad

TOLKNINGAR AV KSR 42, FRAMDRIVNING

Effekt från beteende- och fysisk faktor på vibrationsexponering

Innehållsförteckning

ROCKJET GRUPP A (GY) FRITT FALL

2. Slutna konstruktioner, parallelltak, väggar och bjälklag

Concept Selection Chaper 7

Projektstyrning - kortversionen Jan-Åke Olofsson

7. Konstruera Koncept

Biomekanik, 5 poäng Jämviktslära

Bilbygget i 8A och 8C, VT17

5 Skapa ett vinnande koncept. 5.1 Skapa alternativa koncept med högre kundvärde

Uppgifter till KRAFTER

Här kommer lite grejer som man skall tänka på vid köp av egen båt MÄTBREV;

Viktiga moment i kursplanen

Undersökning av hjulupphängning och styrning till ett fyrhjuligt skotarkoncept. Emil Larsson

PROFESSIONELL PÅLITLIGHET

Lösningsförslag, Inlämningsuppgift 2, PPU203 VT16.

REGLER FÖR KLASS F3B-T. RADIOKONTROLLERADE SEGELFLYGMODELLER FÖR HÖJDSTART. ANTAGNA

Här presenteras tre olika alternativ i tre olika storlekar, egentligen nio olika båtar. Det handlar om optimering, inga kompromisser.

4 Alternativa lösningar. 4.1 Kända koncept Mast. Här följer fem kända koncept för att positionera (lyfta) något tungt högt upp.

Hur kan vi ta vara på våra naturliga resurser I Östersjön och samtidigt bidra till en förbättrad miljö I havet?

PRODUKTUTVECKLING. Ämnets syfte. Kurser i ämnet

Monteringsanvisning/skötselråd. Trafikbuffert enligt 2000/100 VVMB351

Gymnastik uppgift 1 Anna Fröberg Emilie Haag

Plaggmönster. & Illustrator

Sjöfartsverkets författningssamling

Tävling tisdag och onsdag 18 & 19 november

MIDSKEPPS INTERCEPTOR OCH AKTERLIGT TRIMPLAN

Inbjudan till SS Delfinens seglarskola 2018

Skillnaden mellan olika sätt att understödja en kaross. (Utvärdering av olika koncept för chassin till en kompositcontainer för godstransport på väg.

NAME RACING. med Martin Nilsson

Studieanvisning i Optik, Fysik A enligt boken Quanta A

Enda tillåtna hjälpmedel är papper, penna, linjal och suddgummi. Skrivtid 4 h. OBS: uppgifterna skall inlämnas på separata papper.

OBS: Alla mätningar och beräknade värden ska anges i SI-enheter med korrekt antal värdesiffror. Felanalys behövs endast om det anges i texten.

Mjukare gång Halverat effektbehov

x - y a c h t s x 4 0 xelebration

En ny funktionellmodell som motsvarar det valda konceptet flytbojen, har skapats för att kunna dela in konceptet i moduler, se figur 1.

Växlar - Underhålls strategi slipning av växlar - Med eller utan rörlig korsnings spets?

Above All Sukhoi m DC Version 1.0. Instruktionsmanual Sukhoi 31

Sammanfattning. Max vikt: 800 kg. Hytten skall vara dämpad. 360 synfält. Det skall vara möjligt att värma och kyla mat.

2.2 Tvådimensionella jämviktsproblem Ledningar

SEGLING OCH PADDLING: BÅTEN

Designprocessen ett arbetsverktyg


KVALITET SÄKERHET FUNKTION MONTERINGS ANVISNING FLEXY ALUMINIUM STÄLLNINGAR. SNABB och ENKEL MONTERING

Föreläsning 10: Stela kroppens plana dynamik (kap 3.13, 4.1-8) Komihåg 9: e y e z. e z )

Projekt bå gbro. Inledande ingenjörskurs Högskoleingenjörsprogrammet i byggteknik

5 Skapa ett vinnande koncept

Systemkonstruktion Z3

LEKTION PÅ GRÖNA LUND GRUPP A (GY)

Min syn på koncepthantering generering och utvärdering

DFA Design For Assembly

THE RACE BEHIND THE SCENES

Trimguide CB 66. Trimguiden består av: 1 Förberedelser 2 Segeltrim 2.1 Under 4 m/s m/s 2.3 Över 7 m/s

Introduktion till Biomekanik - Statik VT 2006

Den planande motorbåtens formparametrar

ZoomUphill har en teknisk, unik konstruktion:

Varför djupare V-botten och större motor

S-30:an är trots sina fartiga linjer inte så lättseglad, speciellt inte i lättare vindar.

Samverkande hjälpram. Beskrivning PGRT

Rent Skrov - Rent Hav - Rent Samvete

Provuppgifter och experimentella prov

Avfallsutrymmen. Råd och anvisningar för. samt transportvägar

Klassregler för 2-Kronan

Grundläggande aerodynamik, del 3

Högskoleprovet Kvantitativ del

CAD. Ämnets syfte. Kurser i ämnet

Analys av lyftarm för Sublift. Stefan Erlandsson Stefan Clementz

Bilaga 8 Brainstorming

Plastimo Gummibåtar. 6 goda skäl att välja en Plastimo gummibåt. För. Material. Ventiler. Uppblåsbar durk. Akterspegel. Tubändar

Smooth operator. Foto Joakim Hermansson search 78

D 0211 Generell information om fundamentanläggning

27,8 19,4 3,2 = = ,63 = 3945 N = = 27,8 3,2 1 2,63 3,2 = 75,49 m 2

e. De fartygsljus och signalfigurer som föreskrivs i dessa regler ska uppfylla bestämmelserna i annex 1 till dessa regler.

Högskoleprovet Kvantitativ del

Två typer av stabilitet: statisk och dynamisk

En dag i seglarskolan av Thomas Belius

NATIONELLT KURSPROV I MATEMATIK KURS D HÖSTEN Del I, 9 uppgifter utan miniräknare 3. Del II, 8 uppgifter med miniräknare 6

FRISLÄPPTA UPPGIFTER MATEMATIK PISA 2012

Go further. UV System för takavvattning

Statistisk acceptanskontroll

Kryssbog i närheten av lovartsmärket i hård vind under EM 2003 på Nämndöfjärden.

Integrering av formgivningsprocessen i en produktutvecklingsprocess

Quality boats since Micorebåtar står för förstklassiga sjöegenskaper, utmärkt kvalitet, design & konkurrenskraftigt pris!

Test: Över 60 knop med nya skotern Yamaha GP1800

Nov Alla ombord

Magnus Evertsson Sandvik Mining & Construction

Transkript:

1(12) Sammanfattning I denna konceptuella designrapport beskrivs projektgruppen Tachus konceptuella design. Konceptet bygger på en tvåskrovs lösning. Ett större planande skrov som är länkad till ett mindre skrov med en lutande fast vinge. Tanken är att den lutande vingen ska lyfta upp det mindre skrovet ur vattnet. Vidare självregleras seglets lutning i förhållande till den aktuella vindstyrkan. Rapporten beskriver även de refuserade designkoncepten och ger en snabb genomgång av konceptens huvudprinciper.

2(12) Innehållsförteckning 1. Bakgrund... 3 2. Beskrivning av det slutgiltiga konceptet... 4 2.1 Princip... 4 2.2 Vikt / Delar... 7 2.3 Fart... 7 2.4 Material... 7 2.5 Dimensioner... 7 2.6 Tänk på möjligheterna... 8 3. Plan för hur vi går vidare... 8 3.1 Teknisk handlingsplan... 8 3.2 Resursplan... 8 4 Refuserade Koncept... 9 4.1 Tarantul... 9 4.2 Trimaranlösning... 10 4.3 Resonemang bakom valt koncept... 11 5 Bilagor... 12 5.1 Bilaga 1 Kravspecifikation... 12 5.2 Bilaga 2 Tävlingsregler... 12

3(12) 1. Bakgrund Denna konceptuella design ligger till grund för projektgruppen Tachus fortsatta arbete inom ramen för kurserna 4E1132 Lättviktsdesign samt 4E1402 Marindesign. Designkursen bedrivs i projektform under hösten 04 samt våren 05 vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Designkursen motsvarar 10 högskolepoäng vilket fördelas över de fyra läsperioderna under året. Projektdeltagarna utgörs av elever från kompetensinriktningarna Lättkonstruktioner (LKR) samt Marina system (MSY). Bakgrunden till projektets uppstartande är utvecklingen av en egen design, gällande en vinddriven vattenfarkost. Farkosten skall vara optimerad med avseende på fart och vikt. Projektet spänner över hela farkostens designcykel, dvs. från idé till färdig produkt. Vidare kommer farkosten att tävla mot konkurrerande projekt styrbord efter gemensamt utarbetade tävlingsregler se bilaga 2. Projektet benämns Tachus, som betyder snabbare på grekiska. Detta skall vara en ledstjärna i det fortsatta projektarbetet. I början av projektet togs många konceptförslag fram. Dessa gicks igenom och reducerades till tre stycken huvudkoncept. Den här rapporten beskriver både det vinnande konceptet och de två som har refuserats.

4(12) 2. Beskrivning av det slutgiltiga konceptet 2.1 Princip Farkosten är tänkt att utformas samt konstrueras principiellt enligt nedanstående figurer. Två skrov är placerade parallellt med förskjutningsvinkeln γ. Huvudskrov med fenor kommer att befinna sig om lovart i förhållande till vingen/seglet. Vingen/seglet kommer att stå på ett mindre skrov, vilket endast har till uppgift att fungera som flytkropp då farkosten är stillastående på vattnet. Den enda rörliga delen för farkosten är rodret. F F FRAM Färdriktning Vindriktning F 2 Vinge/Segel γ Bom Skrov z Fena Roder x y Fig. 1 Vy ovanifrån

5(12) F Vinge F 1 u F 2 θ M SIDA θ β β Hävarm M UPP F Fena Fig. 2 Vy förut Då seglet är tänkt att vinklas mot horisontalplanet, skapar vinkeln θ en lyftkraft på vingen/seglet. Denna lyftkraft utnyttjas för att få upp farkosten i, och behålla, planande tillstånd. Vidare antas att vid planande tillstånd kommer det uppkomna momentet från vingen/seglet att upphävas utav kölens vingprofil (se figur 3). Vinkeln θ skapar en från början avsedd lyftkraft. Detta gör att seglet får en vertikal lyftkraft F 1 som kommer att hjälpa skrovet att plana vid låga vindhastigheter. Principen för denna framdrivning är inte unik men har stor potential att anpassas till så hög hastighet som möjligt. y λ F Fena Fig. 3. figuren visar vingprofilen (fenan) under huvudskrovet.

6(12) Figur 4 nedan visar de krafter som uppkommer på vingen/seglet och hur dessa krafter sedan projiceras ner i de olika huvudriktningarna. F Vinge y F 1 z α F Fram x F 2 γ Fig 4. En modell av krafternas komposanter. Utifrån figur 3 och 4 kan några grundläggande kraftekvationer ställas upp: I x-led: F Vinge I y-led: cos α cosγ 2 F cos( λ + β ) = 0 Fena F Vinge sin α 2 F sin( λ + β ) = 0 I z-led: Fena F Vinge cos α sin γ F Motstånd = m Skrov a Skrov På liknade sätt kan tre momentekvationer ställas upp. Dessa momentekvationer kommer inte redovisas vid detta tillfälle, på grund utav att en tillräcklig noggrann analys ännu inte har utförts. Det som kommer att påverka momentjämvikten är fenornas design och placering. Vi ser nu att dessa kommer att vara en stor utmaning för vår grupp. Pitch-problemet ses som ett mindre problem att lösa i jämförelse med yawproblemet som säkerligen kommer att förorsaka huvudbry.

7(12) 2.2 Vikt / Delar Vikten för farkosten skall vara max 10 kg. Detta anser gruppen inte vara något problem, skall en fast vinge användas kommer denna väga ungefär halva totalvikten och vara så stor som möjligt. Servo till roder med batteri kommer stå för ungefär tio till femton procent av vikten. De resterande 35 till 40 procenten kommer att bestå av skrov och hävarm mellan skrovdelarna plus två fenor. Farkosten kommer att bestå av få delar vilket gör den lätthanterlig. De delar som ingår i farkosten kommer att vara fixt monterade, förutom rodret, detta gör att komplexiteten (det vill säga reglerproblemet) minimeras. Farkosten kommer även att vara demonterbar. Nermonterad kommer den att bestå av 4 till 6 delar. 2.3 Fart Hastigheten är ännu inte bestämd men kommer att vara fullt tillfredsställande. Vi har i detta tidiga stadium uppskatta fartområdet till mellan 20 och 35 knop. 2.4 Material Skrovet och bommen mellan skroven kommer att vara i kolfiber p.g.a. kolfiberns höga styvhet/vikt fraktion. Seglets utformning och materialval är ännu inte bestämt. Som det ser ut nu så ska tre alternativ studeras. 1. Mjukt segel med lattor på en kolfiber mast. 2. Vingsegel i kolfibersandwich med någon kärna ex honeycome eller divynecell. 3. Vingsegel med en skellettstruktur i kolfiber klätt i en styv segelduk som till exempel melarväv. Materialvalen kommer att påverkas av vilka material som kan frambringas via sponsring eller via projektbudgeten. Om kolfiber visar sig vara för dyrt så kan glasfiber vara ett alternativ i de mindre bärande delarna som t.ex. skroven. 2.5 Dimensioner Seglet kommer att ha en storlek på cirka tre kvadratmeter men kan säkerligen bli mycket större för att optimeras i den övriga strukturen. Skrovet är cirka 1,5 meter långt men kan ändras av samma anledning som seglet. Fenorna är ännu inte dimensionerade. Hävarmen kommer vara två till tre meter lång och seglet kommer luta in mot skrovet. Enkel konstruktion Lätt att montera Lätt att transportera Få delar (tre stycken) Detta ger utvecklingsmöjligheter Få rörliga delar Eliminerar det krängande momentet hydrodynamiskt Ett utmanande komplext system men fullt möjligt för vår grupp

8(12) Låsta delar, segel, köl Den enda möjliga del som går att manövrera är rodret Svårt att beräkna vingprofilen i vattnet, dvs. kölarna. 2.6 Tänk på möjligheterna Många variabler kommer att påverka konstruktionen och den slutgiltiga designen. Frågan kvarstår om huruvida ett segel eller vinge kommer att användas. Möjligen kan skrovet extrautrustas med bärplan och/eller ett extra segel som placeras akterut på huvudskrovet. Dessa möjligheter kommer att värderas och analyseras under det fortsatta arbetet. 3. Plan för hur vi går vidare I den närmaste framtiden till dess att den preliminära designen är klar den 26 november så kommer en djupare analys av farkosten att göras där beräkningar samt motståndskurvor mm kommer att presenteras. Analysen kommer att fokuseras på krafter och moment när farkosten är i steady state och vägen dit. Andra områden är stabilitet och farkostens dimensioner och slutgiltiga vikt. 3.1 Teknisk handlingsplan Det vidare arbetet kommer att inledas efter tentamensperioden med att olika delprojekt kommer att initieras efter genomförd behovsanalys. Behovsanalysen kommer att inledas på nästa projektmöte. Delprojekten kommer att analysera olika aspekter av farkosten såsom skrovets motstånd och utformning, seglets form och krafterna i det, radiostyrningen och så vidare. 3.2 Resursplan I projektet ingår nio stycken projektdeltagare. Varje deltagare har fyrahundra timmar till förfogande för projektet. Efter period 1 har varje deltagare tagit ut ca femtio timmar, vilket gör att den kvarstående tiden för projektet är trehundrafemtio timmar per person. Fördelningen av arbetstiden har vid skrivande stund påbörjats. Arbetstiden ligger någorlunda jämnt fördelat över de resterande tre perioderna. Projektetbudgeten är ca 15-20 kkr och kommer att förhandlas med kursledningen och sponsorer. Timkostnaden för arbetad timme kommer att meddelas av kursledningen vid ett senare tillfälle. Projektet har tillgång till högrekurslokalen poolen med tillhörande verkstad. Projektet har även tillgång till KTH:s datasalar samt strukturlabbet.

9(12) 4 Refuserade Koncept Projektgruppen Tachus började med att ta fram många förslag på koncept. Därefter skakades dessa förslag ner till tre stycken. Projektgruppen delade in sig i tre stycken grupper som var och en analyserade ett konceptförslag. Efter många och långa diskussioner valdes ett koncept som gruppen ska arbeta vidare med. Här presenteras lite kort de två som refuserades. Konceptförslaget Trimaranlösning är egentligen två liknade konceptförslag med den enda skillnaden att den ena har planande skrov och den andra en hydrofoillösning. För mer information om designkoncepten Tachus och Trimaranlösning läs respektive konceptrapport. 4.1 Tarantul Farkosten är en asymmetrisk katamaran med hydrofoiler och vingsegel. Vingseglet är placerat i lovart om centrumlinjen. Hydrofoilerna är utformade så att en ökad krängningsvinkel resulterar i ett ökat rätande moment från läsidans hydrofoiler På detta sätt blir farkosten självrätande. De två skroven samt vingseglet går att demontera vid transport. Skotvinkeln går ej att ändra i realtid vid segling, utan kan endast justeras i förväg. Farkosten är vid låga farter deplacerande och kommer vid ökande fart successivt övergå till att flyga med hjälp av hydrofoilerna. Farkosten fjärrmanövreras med hjälp av radiostyrning som, via ett servo, påverkar rodervinkeln. I figur 5 presenteras en principskiss av farkosten. Figur 5 Principskiss

10(12) Nedan listas de förmodade fördelarna och nackdelarna med designen. Självrätande p.g.a. de vinklade bärplanen. Enkel konstruktion. Kolfiberskrov med spant i kolfibersandwich gör skrovet styvt. Flexibel konstruktion (enkelt att t.ex. ändra avståndet mellan skroven) Demonterbar vid transport Liten våt yta jämfört med segelarea => Hög fart Hantering, stor, skrymmande Hur bogserar man ut farkosten med ett fast segel? Hur blir det vindögat? Risk för ventilation (ytskärande bärplan) 4.2 Trimaranlösning Vattenfarkosten bygger på en asymmetrisk trimaran design med vingsegel. Designen har utvärderats både med hydrofoil och planande skrov. Vingseglet placeras i linje med två av bärkropparna. Den tredje fkroppen är placerad i läsidan och är tänkt att uppväga det roterande momentet skapat av vingseglet. Länkarmens längd till den tredje bärkroppen är beroende av om hydrofoil eller planande skrov används. Användande av hydrofoil ger en större motverkande resulterande kraft gentemot ett planande och en kortare hävarm a behövs. Se figur 6. Designen bygger på att farkosten ska minimera krängningsvinkeln för att på så sätt utnyttja segelarean på ett effektivt sätt. Skotningsvinkeln och rodret ska gå att justera under segling. Farkosten är vid låga farter deplacerande och kommer vid ökande fart successivt övergå till att plana respektive flyga med hjälp av hydrofoilerna. Farkosten fjärrmanövreras med hjälp av radiostyrning som, via ett servo, påverkar roder- och skotningsvinkeln De tre skroven och vingseglet ska gå att demontera.

11(12) Figur 6 Skiss ovanifrån av Trimaranlösningen Förmodade för- och nackdelar med Trimaranlösningen. Enklare beräkningar relativt de andra koncepten Enkel tillverkning (utom bärplansanordning) Bra transportmöjligheter. Väl beprövad metod. Lösning på att reglera bärplanen kan bli svår att realisera. Bärplanskonstruktion komplex. Känns lite för beprövat. 4.3 Resonemang bakom valt koncept Valet mellan koncepten var svårt, eftersom alla förslagen var solida och genomförbara. Vi kunde inte utgå ifrån det naturliga kriteriet toppfart, därför att motståndsberäkningarna är för känsliga. Detta gör att osäkerheten blir för stor för att ha som enda beslutsunderlag. Gruppen valde att ta i beaktning andra egenskaper som speglar projektets genomförbarhet och andra icke mätbara egenskaper såsom glädje. Jämförelsen gjordes med hjälp av följande kriterier: Fartpotential Konstruktionsenkelhet Beräkningsenkelhet Hanterbarhet Glädje

12(12) Konceptet Tarantul valdes bort på grund av förmodade pitch-krängningsproblem, även om gruppen ansåg att fartpotentialen var stor. Trimaranlösningen valdes bort för att konceptet kändes för beprövat. Det valda konceptet sågs som ett realiserbart projekt med hög fartpotential. Att konceptet fungerar har bevisats av ett team i Australien. Det som fällde avgörandet var att den ansågs fungera väl i varierande vindstyrka och sjötillstånd. 5 Bilagor 5.1 Bilaga 1 Kravspecifikation 5.2 Bilaga 2 Tävlingsregler