Hopsättning utriggare

Hopsättning utriggare Farkost & Flyg Stockholm 12/1-2006

2 av 12 Sammanfattning Dokumentet redovisar en hopsättningsprincip av utriggarens delar inbördes, samt hopsättning av utriggararm med huvudskrov. Av stor vikt läggs sammansättningens justerbarhet och flexibilitet. Då detta medför att intrimning av delarnas placering och nyttjandegrad blir enkel och delarna kan justeras individuellt. Figur S1 visar en principskiss över sammansättning. Till vänster i figurerna illustreras huvudskrovet. Från det sticker utriggarmen ut, till vilken flytponton och bärplan kopplas med hjälp av kopplingsbeslag. Lösningen för infästning av bärplan ser lite olika ut i handskissen och den maskinritade bilden. En förklaring till denna omkonstruktion går att läsa under rubriken bärplan. Sist i dokumentet redovisas två tabeller med sammanställning över material och vikter. Huvudskrov Ponton Tvärslå Bärplan Utriggararmar Figur S1: Principskiss över utriggarmens delar och sammansättning. Vy bak- och ovanifrån

3 av 12 Innehåll Sammanfattning 2 Innehåll 3 1. Dimensionerande storheter 3 2. Utriggararm 3 2.1 Princip för infästning av utriggararm i skrov 4 2.1.1 Val av rör. 5 2.1.2 Val av fastsättningsbeslag mot skrov 5 2.2 Styvhetskrav på huvudskrov 5 3. Flytponton 6 4. Bärplan 6 5. Kopplingsbeslag 8 6. Sammanställning över material, vikter och kostnader. 10 7. Diskussion 11 8. Referenser 12 1. Dimensionerande storheter Dimensionerande storheter är hämtade från tidigare dokument. Den dimensionerande storheten beskrivs som styvhet för materialet, EI. Detta medför viss frihet i val av geometri för infästningdetaljer. Utriggararmen behöver uppnå en styvhet om 1207 Nm 2 [1]. Då utriggararmen utgörs av två rör, monterade parallellt med varandra i horisontalplanet approximeras respektive rörs E-modul till 96 GPa. Styvhetskravet på bärplanet är 1,47 Nm 2 [2] per bärplanssida, då en sida är beräknad till längden 17,25 cm. 2. Utriggararm Utriggararmen kommer att utformas som två identiska rör, monterade parallellt med varandra i horisontalplanet, se figur S1. Dess styvhet bestäms av tre parametrar: materialets E-modul, rörens geometri och deras inbördes avstånd. Rören kommer att köpas in färdiga varpå rörgeometri och E-modul inte kommer att kunna påverkas individuellt utan bestäms vid val av ett visst rör.

4 av 12 2.1 Princip för infästning av utriggararm i skrov Utriggararmen kommer att fästa i huvudskrovet på två ställen. Detta medför en gynnsam fördelning av krafter på infästningsbeslag och huvudskrov. Beslaget kommer att löpa i en aluminiumskena, vilken är fastplastad på huvudskrovet. På så sätt kan utriggarens placering justeras, antingen bakåt eller framåt, inom marginalen för skenans längd, se figur 2.1. Centrumavstånd mellan rören är 200 mm. Figur 2.2 visar principen för hur ett kopplingsbeslag monteras på skena. För en mer detaljerad beskrivning av kopplingsbeslaget se avsnitt 5, kopplingsbeslag. Huvudskrov Aluminiumskena Beslag Utriggararmar Figur 2.1: Utriggararmens justerbarhet på glidskenor. Vy uppifrån. Figur 2.2: Princip för fastsättning av utriggararm i glidskena.

5 av 12 2.1.1 Val av rör. E-modulen för kolfiberrör är 80-125 000 N/mm 2 = 80-125 GPa enligt uppgift från firman Exel s hemsida[3]. Enligt tidigare utredning[1] var maxkrav på E-modul 96 GPa vid en rörtjocklek på 2 mm och diameter på 20 mm. Exelrören är 3 mm tjocka, detta medför att kravet på E- modulen kommer att sjunka. Därför väljs det rör med dimensioner som ligger närmast röret i utredningen. Röret har en utvändig diameter om 20 mm. För utförligare beskrivning av vilket rör se avsnitt 6, tabell 1. 2.1.2 Val av fastsättningsbeslag mot skrov Huvudskrov och utriggararm förbinds på så sätt att en glidskena av aluminium, se figur 2.3, är fastplastad i huvudskrovet i vilken utriggararmen skruvas fast med hjälp av ett plastat kopplingsbeslag och en låsskena av aluminium som löper i skenan, se figur 2.4. I låsskenan borras och gängas hål för fastskruvning av kopplingsbeslag. Skenorna är i standardutförande och finns färdig att inhandlas på Metallagret [4]. Utförligare beskrivning av skenor redovisas i tabell 1. För detaljbeskrivning av kopplingsbeslag se avsnitt 5. Figur 2.3: Glidskena av aluminium. Figur 2.4: Glidskena och låslist. 2.2 Styvhetskrav på huvudskrov De två glidskenorna som plastas fast på huvudskrovet antas utgöra en stum infästning.

6 av 12 3. Flytponton I flytpontonen är två rör, med samma dimension som utriggarmen, fastplastade. Rören är parallella, sitter på ett centrumavstånd om 200 mm och placeras mitt över pontonens tyngdpunkt, se figur 3.1. Pontonrören är länkade direkt till utriggararmen med hjälp av kopplingsbeslag. Denna koppling medför att pontonens vinkel mot horisontalplanet och positionering i höjdled är justerbar inom ramen för rörens längder. Pontonens placering relativt huvudskrovet justeras vid infästning av utriggarmen i huvudskrovet. Vinkel mot horisontalplan Figur 3.1: Två vyer, framifrån och från sidan, över flytponton med två fastplastade rör. 4. Bärplan På det vinklade bärplanet plastas rör av samma dimension som till utriggararmen fast. Vid sammanfogning av delarna till hela bärplanskonstruktionen behöver fixtur byggas för att säkerställa vinklar. Om rören plastas på bärplanet enligt figur 4.1 istället för enligt figur S1 sparas längd på utriggararm in. Figur 4.1: Bärplan med fastplastade rör. Varje bärplansrör kopplas till en tvärslå, vilken i din tur kopplas till utriggararmen, se figur 4.2 och figur S1. Alla kopplingar utgör samma typ som tidigare nämnts. Denna kopplingsprincip medför att bärplanets positionering i höjdled blir justerbar. Däremot går inte anfallsvinkeln att variera med denna bärplanskonstruktion om koppling sker via tvärslå, vilket däremot är möjligt om koppling sker vid en av utriggararmarna. Lyftkraften kan dock påverkas via storleken på våt yta, dvs positionering i höjdled. Bärplanets placering relativt ponton och huvudskrov kan justeras inom ramen för

7 av 12 tvärslåns längd och det utrymme pontonen tillåter. Det går också att placera ponton och bärplan bredvid varandra om så önskas. Bärplan Figur 4.2: Bärplanet justerbarhet, ovanifrån. Längden på rör för infästning bestäms enligt mått i figur 4.3, då huvudskrovet antas ha en höjd om 10 cm ovan vattenytan. Kolfiberrör Centrumlinje utriggararm Vattenlinje Effektiv våt längd Figur 4.3: Figur över mått bärplan med rörinfästning. Denna utformning medför att en bärplanssida blir något längre än i tidigare hållfastberäkningar[2]. Men det torde inte medföra några problem då styvheten i konstruktionen fortfarande överskrider styvhetskravet.

8 av 12 5. Kopplingsbeslag Fria rörändar kommer antingen att kopplas till en glidskena på huvudskrovet eller till ett annat rör. Dessa kopplingar utgörs av ett tillverkat beslag av epoxi och kolfibermatta alternativt av aluminium. Mellan rör och beslag ligger en gummipackning. Detta fördelar trycket jämnare över röret och bidrar till ökad friktion i kopplingen. Prototyptillverkning och provbelastning av kopplingsdetalj bör göras för att fastställa dimensioner och för att kontrollera att tillräcklig stabilitet uppnås i beslaget. Om stabiliteten blir för låg bör ett mothåll till beslaget tillverkas för att ytterligare fixera röret i beslaget. Principen för kopplingsbeslaget mellan knutpunkter för rör består av två identiska bitar, se figur 5.1. Hopsättningsytorna är kvadratiska så att skruvhålen möter varandra vid vridning av ena delen av beslaget. Beslagen skruvas sedan ihop runt knutpunkten för rören, se figur 5.2, och klämmer på så sätt ihop rören så att dessa ej kan glida ur beslaget. Figur 5.1: Ena delen av kopplingsbeslag. Figur 5.2: Hopsatt kopplingsbeslag runt rörknut. Princip för kopplingsbeslag mellan utriggararm och glidskena på skrov bygger på samma ide, men beslaget består bara av en halv modul med halva bredden, se figur 2.2. Naturligtvis kan man minimera materialåtgång i beslaget genom att utforma det enligt figur 5.3. Beslaget är plastat med kolfiberförstärkt epoxi alternativt tillverkat av

9 av 12 aluminium. Hål för skruvgenomföring är inritat i figuren. Samma form används för tillverkning av beslag till fastsättning på däck i aluminiumskena. Beslaget delas då efter tillverkning. Figur 5.3: Viktoptimerat beslag i två vyer, ovanifrån och framifrån. Alla mått i mm. Till hopsättning av beslag används skruv med planbrickor och mutter.

10 av 12 6. Sammanställning över material, vikter och kostnader. I tabell 1 redovisas data för respektive del på utriggaren och i tabell 2 sammanställs dessa uppgifter. Kolfiberrören finns i en standardlängd om 1000 mm. Men kan beställas med en längd på 150 cm eller 165 cm, paketet går då som skrymmande paket och blir därför dyrare. Längden på utriggararmen utgår från att cc-avstånd, huvudskorv-ponton och bärplan, ska vara 1,5 m. Enligt figur 4.3 behöver bärplan ytterligare 15 cm för fastsättning. Om bortre infästning på huvudskrovet är 5 cm bortom centrumlinjen ger detta att totallängden på utriggararmen inte bör understiga 1,7 m. Vid dimensionsberäkningar antas huvudskrovet ha en höjd på 10 cm ovan vattenlinjen. Detta ger en höjd på 12 cm från vattenlinjen till centrum utriggararm. Flytpontonen antas ha en höjd om 1 cm ovan vattenlinjen. Detta medför att rören som fäster i flytponton behöver vara max (12-1+3,5 cm) och rör som fäster i bärplan behöver minst vara (7+3,5 cm), om ingen extra våt effektiv bärplanslängd behövs. Vid denna approximering ballanserar farkosten horisontellt. Material Aluminiumskena Låslist av aluminium Kolfiberrör till utriggararm och två tvärslån. 1 m längd kostar Kolfiberrör till fastplastning på flytponton och bärplan Kopplingsbeslag Gummimatta Skruvförband Bärplan Storlek: 2*0,425*0.0035* 0,05 Flytponton Tillverkningsmetod Inköpsställe Inköps: Metallagret Inköps: Exel Namn Artikelnummer Profil nr S 42 732, Art. nr 06329 Kvantitet Densitet 2* 40 cm 0,23 kg/m Art. nr. 04028 2* 40 cm 0,20 kg/m Exel STRONG-20 2* 1,7 m (20-17mm) 2* 28 cm 135 g/m Art. nr. STRONG2010 Tot. 4 m Som ovan Som ovan 2* 14,5 cm 2* 10,5 cm Tot. 0,5 m Plasta själva: Kolfibermatta Epoxi Prepregmatta med fiberuppläggning 2D Clas Ohlson M2 med brickor. 32 st. Plasta själva: Kolfibermatta Epoxi Plasta själv: Prepreg Tabell 1: Materialdata och kvantiter Area uppskattas till: 0.35 m 2. Då mått enligt utredning ponton. Som ovan 18st. Antag 60% kolfiber, densitet 1800 kg/m 3, 40% epoxi, densitet 1150 kg/m 3. 950 kg/m 3 Pris 198 kr/st Som ovan 28 kr 7800 kg/m 3 per 25 st Antag 60% kolfiber, densitet 1800 kg/m 3, 40% epoxi, densitet 1150 kg/m 3. 400g/m 2

11 av 12 Material Totalvikt Totalpris Aluminiumskena 0,185 kg Låslist av aluminium 0,16 kg Kolfiberrör till: - Utriggararm 0,54 kg 5 m *198 kr = tvärgående bitar 990 kr + frakt för fastsättning bärplan - Fast i ponton och bärplan 0,07 kg Kopplingsbeslag 0,6 kg (Då optimerad volym, antag tjocklek 3 mm, ger volymen: 2,13e-5 m 3 per beslag. 18 beslag ger: 3,8e-4 m 3 Gummimatta 0,05 kg Skruvförband ((0,003/2) 2 *0,016*32*7800) 0,009 kg 60 kr Bärplan 0,13 kg Flytponton 0,14 kg Totalvikt 1,88 kg Tabell 2: Materialvikter och priser 7. Diskussion Om hopsättningskonstruktionen görs om så att pontonen löper på en tvärslå och bärplanen kopplas direkt till utriggararmen kan vikt sparas in i form av att mindre material krävs. Viktbesparingen blir då 0,186 kg. En negativ konsekvens av detta skulle vara att pontonens vinkel mot horisontalplanet inte är justerbar längre. Däremot blir bärplanets anfallsvinkel justerbar. Efter injustering av delarna kan beslag monteras bort och ersättas med en permanent hopsättning, plastas fast, där så är möjligt. En viss viktbesparing skulle därmed göras.

12 av 12 8. Referenser [1] Hllf_utriggararm_v1.doc [2] Hllf_brplan_v1.doc [3] http://www.algonet.se/~andmat/kolf.html [4] Metallagret, adress? (Verkar som dom har försvunnit från marknaden. Får leta upp någon annan likvärdig produkt.)