Di Balik Warisan: Bagaimana Katamaran Berusia 30 Tahun Tetap Mencetak Rekor Kecepatan
Gougeon Brothers Inc. (Bay City, MI, AS) baru-baru ini mengirimkan pers release menarik tentang katamaran berusia 28 tahun yang masih mencetak rekor kecepatan dan mengalahkan kapal yang jauh lebih baru. Incognito adalah katamaran komposit yang dibuat oleh Gougeon Manufacturing pada 1990. Russell Brown dari Port Townsend, WA membaik kapal berusia 28 tahun ini, sebuah G32, secara sendirian dalam R2AK (Race to Alaska) yang mengerikan. Dalam leg kualifikasi dari Port Townsend WA ke Victoria, BC dia menyelesaikan 40 menit di depan sisa armada. Dia kemudian memimpin balapan selama tiga hari dan menjadi finisher solo pertama untuk tahun kedua berturut-turut, mengalahkan lebih dari 24 jam dari rekor pemenangnya pada 2017, di atas kapal yang sama.
Jadi saya terkejut menemukan di situs web Gougeon dokumen pengembangan, desain, dan konstruksi yang panjang dan detail (pembaruan terakhir: 1996) yang menggambarkan proses yang teliti yang dilakukan Meade dan Jan Gougeon untuk membuat katamaran G32 yang cepat ini, yang mungkin mengakibatkan kesuksesannya 28 tahun kemudian. Saya telah meminjam bagian-bagiannya, di bawah, dan Anda dapat membaca dokumen dalam keseluruhannya di sini: https://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.html .
“Ketika kami memutuskan untuk membuka kembali pabrik palang angin kami pada 1990, yang telah diam selama tiga tahun karena kerusukan dramatis industri angin pada 1986, kami menerima bahwa industri angin masih jauh dari pulihnya kesehatan sebelumnya. Kami perlu membagi overhead pabrik dengan produk kedua sampai bisnis angin kembali ke tingkat sebelumnya. Selain palang angin, kami mulai memproduksi katamaran trailerable 32 kaki yang unik yang disebut ‘G-32.’ Saudaraku, Jan, dan saya sudah lama berpikir akan ada pasar besar untuk katamaran ringan yang cepat, menyenangkan untuk di layari, memiliki akomodasi akhir pekan untuk 2 atau 3 dan dijual di bawah $35.000. Kami tidak berniat untuk mencapai produksi besar; jika kami dapat menyusun untuk membangun dua per minggu kami dapat mencapai tujuan keuangan kami, tiga per minggu akan menguntungkan.”
“G-32 dirancang sehingga seluruh struktur dapat dibangun dalam dua cetakan besar, atas dan bawah, yang akan digabungkan pada garis tengah dalam satu operasi bonding besar. Ini memungkinkan investasi minimal dalam alat dan cetakan, membuat produksi volume rendah menjadi keuangan yang layak. Tantangan desain terbesar adalah untuk membangun G-32 ringan cukup untuk ditarik oleh mobil ukuran menengah. Untuk mencapai ini, bobot gabungan kapal dan trailer tidak boleh melebihi 2.200 lbs. Pendekatan kami terhadap masalah ini difokuskan pada dua area; pertama, kami merancang keluar dari kapal sebanyak mungkin bobot yang tidak diperlukan. Kami mempertahankan luas permukaan ke minimum dan merancang struktur dengan hati-hati untuk menampung beban yang diantisipasi. Misalnya, kabin berfungsi sebagai kotak torsi besar untuk memberikan resistensi torsi yang diperlukan antara dua badan kapal. Kedua, kami menggunakan teknologi konstruksi bobot terendah yang dapat kami biayai dalam tujuan biaya kami. Kami tidak dapat menghabiskan lebih dari $10/lb. untuk cangkang yang dicetak, dan ini tidak boleh melebihi 800 lbs. total.
“Kami telah memiliki banyak tahun pengalaman membangun layar balap ‘one-off’ high-tech di mana serat eksotis, material inti mahal dan resin epoksi digunakan untuk menciptakan kapal yang sangat ringan tapi mahal. Bagian yang dicetak dari kapal kustom ini dengan mudah bisa berkali $50 hingga $100 per lb. Biasanya kapal high-tech ini dilaminasi atas cetakan pria yang memerlukan beberapa aplikasi vacuum bag untuk mencapai laminat padat yang ringan. Tiga aplikasi vacuum bag terpisah adalah minimum, dengan kedua kulit dan inti pemisah semuanya memerlukan kompaksi terpisah untuk memastikan laminat berkualitas. Kapal yang menggunakan material prepreg, seperti kapal America's Cup terbaru, mungkin memerlukan 6 hingga 10 aplikasi vacuum bag untuk mengurangi volume setiap lapis, dan kemudian kompakasi akhir dari semua lapis sebelum curing yang dikontrol oven dapat berlangsung. Pembuatan dan aplikasi vacuum bag adalah tenaga kerja intensif, dan ini telah membatasi penggunaan dalam pembangunan kapal produksi di mana cetakan perempuan selalu digunakan. Di masa lalu, upaya untuk vacuum bag inti ke kulit luar yang di lay hand dalam cetakan perempuan telah menyebabkan print-through berlebihan, yang lebih mengurangi minat di kalangan pembangun.”
Saudara Gougeon melanjutkan bahwa meskipun masalah-masalah ini, vacuum bagging dan infusion adalah harus untuk menghemat bobot laminat. Jadi, untuk menghemat bobot dan biaya, mereka memilih metode manufaktur baru untuk waktu itu, dengan langkah-langkah berikut:
1) Resin epoksi, diformulasikan dengan waktu keluar lebih lama, akan digunakan untuk properti maksimum, dengan waktu keluar yang memungkinkan hanya satu langkah vacuum, dengan seluruh laminat dikompakkan sekaligus.
2) Gelcoat berbasis polyester dalam cetakan perempuan akan memberikan permukaan selesai dengan biaya rendah dengan print-through minimum. Para penulis mencatat bahwa mereka telah menyelesaikan masalah besar bonding permukaan gelcoat polyester dan laminat epoksi dengan substansi tie-coat yang dikembangkan secara khusus, yang diterapkan antara dua material yang berbeda selama proses manufaktur.
3) Semua material penguat akan diwet-out secara mechanically dengan mesin roll-coater untuk mengurangi tenaga kerja dan mencapai kontrol resin yang lebih baik.
4) Resin epoksi waktu terbuka panjang yang dirancang secara khusus akan di post-cure pada suhu tidak melebihi 140°F untuk mencapai properti fisik yang tinggi.
Dua saudara tersebut mengevaluasi material penguat dengan hati-hati untuk membuat laminat terbaik, ketika mempertimbangkan biaya, performa panel, tenaga kerja untuk merakit dan kualitas permukaan luar yang selesai. Sebuah matriks 30 kombinasi dievaluasi awal (Anda dapat melihat tabel di sini: https://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/goufig1.htm ) dengan fokus pada stitched E-glass. Inti dievaluasi dengan hati-hati, dalam beberapa ketebalan dan material, karena merupakan komponen termahal. Sistem resin epoksi PRO-SET, dengan waktu terbuka 4 jam, dikembangkan di laboratorium Gougeon sendiri secara eksplisit untuk digunakan dengan proses manufaktur baru ini.
Dua saudara pada akhirnya membuat 30 panel uji menggunakan material dalam matriks, kemudian menyempitkan mereka menjadi 12 kombinasi material, untuk pengujian lelah di Hydromat test stand perusahaan. Pertanyaan kunci mereka adalah: “Seberapa besar kekakuan yang diperlukan untuk kapal untuk beroperasi dengan benar dalam kondisi operasi yang paling sangat terkena tekanan?” Dua orang mengatakan bahwa berdasarkan hasil uji, perubahan desain dibuat untuk mengurangi area datar dalam desain kapal, mengingat bahwa area datar tersebut memerlukan kekakuan tambahan, sehingga panel yang kurang kaku, biaya lebih rendah dapat digunakan.
“Kami menentukan bahwa resistensi panel jangka panjang terhadap beban lelah siklus berkelanjutan 5 psi dan beban slamming sesekali yang mendekati 15 psi diperlukan untuk kelangsungan jangka panjang struktur G-32. Kriteria ini tidak ditetapkan dengan cara ilmiah, seperti pengukuran dengan strain gauge (yang sulit dilakukan). Ini sebagai refleksi pengalaman kami dengan performa beberapa kombinasi material yang digunakan untuk membangun berbagai kapal laut dengan berbagai kesuksesan dan kegagalan selama bertahun-tahun. Ini adalah pendekatan desain dan teknik kapal yang khas, historis, coba dan kesalahan, yang tidak telah melayani industri dengan baik sejak perkembangan revolusioner terbaru dari material komposit. Metode pengujian baru, seperti Hydromat, adalah upaya untuk lebih baik mengevaluasi performa material komposit dengan cara yang mensimulasikan kondisi beban sebenarnya, sehingga keputusan yang lebih tepat dapat dibuat.”
Dokumen ini melanjutkan untuk menggambarkan secara detail proses pengujian lelah siklus pendek. Kombinasi material yang pada akhirnya dipilih, kata para penulis, “bukan panel terkuat yang dievaluasi dalam salah satu area struktural kekakuan, kekuatan ultimatum, atau lelah. Namun, itu lebih dari memadai untuk mendukung kebutuhan struktural proyek kapal G-32. Yang lebih penting, panel #48 mendapat skor yang baik dalam tiga area lain; biaya, bobot, dan kemudahan manufaktur.” Panel #48 terdiri dari kulit kain kaca multiaxial dari Brunswick Technologies Inc. di atas inti busa PVC Klegecell dari DIAB.
Menariknya, salah satu bagian paling sulit dari proyek, kata mereka, adalah mencapai finishing luar high-gloss, tanpa bobot berlebihan yang dapat ditambahkan oleh gel coat. Solusinya adalah memiliki individu yang terlatih tinggi melakukan aplikasi gel coat terbaik yang mungkin, kata saudara Gougeon.
Meski perhatian yang diambil dalam desain dan pemilihan material, tujuan biaya $10 per lb. dari laminat yang selesai tidak sepenuhnya tercapai, karena pada akhir 1992, saudara tersebut memutuskan untuk menjual divisi energi angin, yang menghilangkan alasan utama untuk proyek kapal. Produksi berhenti segera setelahnya, setelah pembuatan hanya 14 G-32. Tetapi, kata mereka, teknologi konstruksi kapal berbasis epoksi yang dikembangkan dengan G-32 kini banyak digunakan dalam pembangunan kapal berkinerja tinggi, yang dibuat dalam cetakan perempuan. Meade dan Jan Gougeon percaya bahwa proses fabrikasi mereka secara dramatis mengurangi biaya manufaktur kapal berbasis epoksi, dibandingkan dengan biaya membangun kapal kustom pada cetakan pria. Plus, itu menghilangkan styrene, dan memberikan kontrol yang lebih besar atas waktu terbuka dan laju curing. Mereka menyimpulkan, “…14 G-32 yang dibangun telah beroperasi seperti yang diharapkan, tanpa kegagalan struktural apa pun. Bonusnya adalah bobot ringan mereka, digabungkan dengan badan hull panjang dan ramping, telah membuat kapal yang sangat cepat yang telah memenangkan banyak balapan.” Dan, 28 tahun kemudian, mereka terus menang!
