Binnen de legacy: Hoe een 30-jarige catamaran nog steeds snelheidsrecords verbreekt

Gougeon Brothers Inc. (Bay City, MI, VS) stuurde onlangs een interessante persbericht over een 28-jarige catamaran die nog steeds snelheidsrecords verbreekt en veel nieuwere schepen verslaat. Incognito is een composiet catamaran die in 1990 gefabriceerd werd door Gougeon Manufacturing. Russell Brown van Port Townsend, WA race de 28-jarige vaartuig, een G32, single-handed in de gruwelijke R2AK (Race to Alaska). In de kwalificerende etappe van Port Townsend WA naar Victoria, BC eindigde hij 40 minuten voor de rest van de vloot. Hij leidde de race drie dagen en was de eerste solo-finisher voor het tweede jaar op rij, met meer dan 24 uur afknapend van zijn recordbrekende 2017 overwinning, aan boord van dezelfde boot.

Ik was verrast om op de Gougeon-website een lang en gedetailleerd ontwikkelings-, ontwerp- en constructiedocument te vinden (laatste update: 1996) dat het pijnstakende proces beschrijft dat Meade en Jan Gougeon uitvoerden om die snelle G32 catamaran te maken, wat waarschijnlijk voor zijn succes 28 jaar later zorgt. Ik heb secties geleend, hieronder, en je kunt het document in zijn geheel hier lezen: https://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.html .

“Toen we besloten onze windturbinebladen productiefaciliteit in 1990 te heropenen, die drie jaar idle was geweest door de dramatische 1986 crash van de windindustrie, accepteerden we dat de windindustrie nog ver was van het herstellen van zijn vroegere gezondheid. We moesten fabrieksoverhead delen met een tweede product tot de windbusiness terugkeerde tot vroegere niveaus. Naast windturbinebladen, begonnen we met het fabriceren van een unieke, trailerbare 32' lange catamaran genaamd de 'G-32.' Mijn broer, Jan, en ik hadden lang gedacht dat er een grote markt zou zijn voor een lichtgewicht catamaran die snel was, leuk om te zeilen, weekendaccommodatie had voor 2 of 3 en onder de $35.000 was geprijsd. We hadden geen bedoeling om grote productie te bereiken; als we twee per week konden bouwen konden we onze financiële doelen bereiken, drie per week zou winstgevend zijn.”

“De G-32 was ontworpen zodat de hele structuur in twee grote vormen kon worden gebouwd, een boven- en ondervorm, die aan de centerline in één grote bondingoperatie gevoegd zouden worden. Dit maakte een minimale investering in gereedschappen en vormen mogelijk, wat laag-volume productie financieel haalbaar maakte. De grootste ontwerpuitdaging was om de G-32 licht genoeg te bouwen om door een middelgrote auto gesleept te worden. Om dit te bereiken, mocht het gecombineerde gewicht van de boot en trailer niet meer dan 2.200 lbs bedragen. Onze aanpak van dit probleem focuste op twee gebieden; eerst, we ontwierpen zoveel mogelijk onnodig gewicht uit de boot. We hielden oppervlakte tot een minimum en ontwierpen de structuur zorgvuldig om verwachte lasten aan te kunnen. Bijvoorbeeld, de kajuit diende als een grote torsion box om de benodigde torsieweerstand tussen de twee hullen te geven. Tweedens, we gebruikten de lichtste bouwtechnologie die we ons konden veroorloven binnen onze kosten doelen. We konden niet meer dan $10/lb. uitgeven voor gevormde schillen, en deze mochten niet zwaarder zijn dan 800 lbs. totaal.

“We hebben veel jaren ervaring met het bouwen van high-tech, 'one-off' racezeilboten waar exotische vezels, dure kernmaterialen en epoxyharsen gebruikt werden om heel lichte maar dure boten te creëren. De gevormde onderdelen van deze custom boten kunnen gemakkelijk $50 tot $100 per lb. kosten. Typisch vereisten deze high-tech boten meerdere vacuümzaktoepassingen om een lichtgewicht gecompacteerd laminaat te bereiken. Drie afzonderlijke vacuümzaktoepassingen waren een minimum, met de twee schillen en het scheidende kern allemaal afzonderlijke compactie vereisend om een kwaliteitslaminaat te verzekeren. Boten die prepreg materialen gebruiken, zoals de recente America's Cup jacht, kunnen 6 tot 10 vacuümzaktoepassingen vereisen om elke laag te debulken, en dan een finale compactie van alle lagen voordat een oven-gecontroleerde uitharding kan plaatsvinden. Het maken en toepassen van vacuümzakken is arbeidsintensief, en dit heeft hun gebruik beperkt in productiebotenbouw waar vrouwelijke vormen altijd gebruikt worden. In het verleden hebben pogingen om kernen in handgelegde buitenhullen in vrouwelijke vormen te vacuümzakken overmatige print-through veroorzaakt, wat het belangstelling onder bouwers verder verminderde.”

De Gougeon broers gaan erop in dat ondanks deze kwesties, vacuümzakken en infusie een must was om laminaatgewicht te besparen. Dus, om zowel gewicht als kosten te besparen, kozen ze een nieuwe productiemethode voor die tijd, met de volgende stappen:

1) Epoxyhars, geformuleerd met een langere open tijd, zou gebruikt worden voor maximale eigenschappen, met de open tijd die slechts één vacuümstap mogelijk maakt, met het gehele laminaat in één keer gecompacteerd.

2) Een polyesters-gebaseerde gelcoat in vrouwelijke vormen zou een laagkostige maar afgewerkte oppervlakte geven met een minimum van print-through. De auteurs merken op dat ze het significante probleem van het binden van het polyestergelcoat-oppervlak en het epoxy-laminaat oplosten met een speciaal ontwikkelde tie-coat stof, toegepast tussen de twee ongelijke materialen tijdens het productieproces.

3) Alle versterkingsmaterialen zouden mechanisch natgemaakt worden met een rol-coater machine om arbeid te reduceren en betere harscontrole te bereiken.

4) De speciaal ontworpen lange open tijd epoxyhars zou na-gehard worden bij temperaturen niet boven 140°F om hoge fysieke eigenschappen te bereiken.

De twee broers evalueerden versterkingsmaterialen zorgvuldig om het beste laminaat te maken, rekening houdend met kosten, paneelprestaties, arbeid om te assembleren en afgewerkte buitenoppervlakte kwaliteit. Een matrix van 30 combinaties werd initieel geëvalueerd (je kunt de tabel hier zien: https://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/goufig1.htm ) met focus op gestichte E-glas. Kern werd zorgvuldig geëvalueerd, in diverse diktes en materialen, omdat het het duurste component was. Het PRO-SET epoxyharsysteem, met een open tijd van 4 uur, werd in Gougeon's eigen labs ontwikkeld uitdrukkelijk voor gebruik met dit nieuwe productieproces.

De twee broers bouwden uiteindelijk 30 testpanelen met de materialen in de matrix, vernauwden die tot 12 materiaalcombinaties, voor vermoeidingstesten op het bedrijfs Hydromat teststand. Hun sleutelvraag was: “Hoeveel stijfheid was nodig voor de boot om goed te presteren in de meest zwaar belaste bedrijfscondities?” De twee zeggen dat op basis van de testresultaten ontwerpwijzigingen werden gemaakt om platte gebieden in het ontwerp van de boot te reduceren, gegeven dat die platte gebieden extra stijfheid vereisten, zodat een minder stijf, lager kosten paneel gebruikt kon worden.

“We bepaalden dat langetermijn paneelweerstand tegen sustained cyclische vermoeidingslasten van 5 psi en intermittente slamming lasten naderend 15 psi nodig waren voor langetermijn overleven van de G-32 structuur. Dit criterium was niet op wetenschappelijke wijze vastgesteld, zoals daadwerkelijke meting met rekmeetstrepen (wat moeilijk is). Het weerspiegelde in plaats daarvan onze ervaring met de prestaties van diverse materiaalcombinaties gebruikt om talloze vaartuigen te bouwen met diverse succes en falen over de jaren. Dit is de typische, historische, trial-and-error benadering van bootontwerp en -engineering, die de industrie niet goed heeft gediend sinds de recente revolutionaire ontwikkeling van composietmaterialen. Nieuwe testmethoden, zoals de Hydromat, zijn een poging om composietmaterialen prestaties beter te evalueren op een manier die daadwerkelijke lastcondities nabootst, zodat meer geïnformeerde beslissingen gemaakt kunnen worden.”

Het document gaat in detail in op het korte-cyclus vermoeidingstestproces. De materiaalcombinatie die uiteindelijk gekozen werd, zeggen de auteurs, “was niet het sterkste paneel geëvalueerd in enige van de structurele gebieden van stijfheid, uiteindelijke sterkte, of vermoeiding. Het was echter meer dan adequaat om de structurele behoeften van het G-32 bootproject te ondersteunen. Van groter belang, paneel #48 scoorde goed in drie andere gebieden; kosten, gewicht, en gemak van fabricage.” Paneel #48 bestond uit multiaxiale glasvezelhullen van Brunswick Technologies Inc. over een Klegecell PVC schuimkern van DIAB.

Interessant genoeg was een van de meest moeilijke delen van het project, zeggen ze, het bereiken van de hoogglans exterieurfinish, zonder het overmatige gewicht dat gelcoats kunnen toevoegen. De oplossing was om een hoogopgeleid individu de beste gelcoattoepassing mogelijk te laten doen, zeggen de Gougeon broers.

Ondanks de zorgvuldigheid in ontwerp en materiaalselectie, werd het kosten doel van $10 per lb. afgewerkt laminaat niet ganz bereikt, omdat in late 1992 de broers besloten de windenergie-afdeling te verkopen, wat de hoofredenen voor het bootproject elimineerde. Productie stopte kort daarna, na fabricage van slechts 14 G-32's. Maar, zeggen ze, epoxy-gebaseerde bootbouwtechnologie ontwikkeld met de G-32 wordt nu breed gebruikt in de constructie van hoog-presterende boten, gebouwd in vrouwelijke vormen. Meade en Jan Gougeon geloven dat hun fabricageproces de kosten van het fabriceren van epoxy-gebaseerde boten dramatisch heeft gereduceerd, vergeleken met de kosten van het bouwen van custom boten op mannelijke vormen. Plus, het elimineerde styreen, en bood grotere controle over open tijd en uithardingssnelheden. Ze concluderen, “…de 14 G-32's die gebouwd zijn hebben gepresteerd zoals verwacht, zonder structurele falen van enige soort. Een bonus is dat hun lichtgewicht, gecombineerd met lange slanke hullen, heeft gezorgd voor uitzonderlijk snelle boten die veel races gewonnen hebben.” En, 28 jaar later, winnen ze nog steeds!