Uma visão fascinante do interior de um design marinho - três décadas atrás

A Gougeon Brothers Inc. (Bay City, MI, EUA) enviou recentemente um comunicado à imprensa interessante sobre um catamarã de 28 anos que ainda está estabelecendo recordes de velocidade e superando embarcações muito mais novas. Incógnito é um catamarã composto que foi fabricado pela Gougeon Manufacturing em 1990. Russell Brown de Port Townsend, WA pilotou o navio de 28 anos, um G32, sozinho no esgotante R2AK (Race to Alaska). Na etapa de qualificação de Port Townsend WA a Victoria, BC ele terminou 40 minutos à frente do resto da frota. Ele então liderou a corrida por três dias e foi o primeiro a solo pelo segundo ano consecutivo, batendo mais de 24 horas de sua vitória recorde em 2017, a bordo do mesmo barco.

Então, fiquei surpreso ao encontrar no site do Gougeon um longo e detalhado documento de desenvolvimento, design e construção (última atualização:1996) descrevendo o processo meticuloso que Meade e Jan Gougeon realizaram para fazer aquele catamarã G32 rápido, o que provavelmente é responsável por seu sucesso 28 anos depois. Peguei emprestado as seções abaixo, e você pode ler o documento na íntegra aqui:http://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.html.

“Quando decidimos reabrir nossa fábrica de pás eólicas em 1990, que estava ociosa por três anos devido à dramática queda da indústria eólica em 1986, aceitamos que a indústria eólica ainda estava muito longe de recuperar sua saúde anterior. Precisávamos compartilhar as despesas gerais da fábrica com um segundo produto até que o negócio eólico retornasse aos níveis anteriores. Além das pás eólicas, começamos a fabricar um catamarã de 32 'de comprimento exclusivo para reboque, denominado' G-32 '. Meu irmão Jan e eu há muito pensávamos que haveria um grande mercado para um catamarã leve que fosse rápido e divertido para velejar, tinha acomodações de fim de semana para 2 ou 3 pessoas e custava menos de US $ 35.000. Não tínhamos intenção de alcançar uma grande produção; se pudéssemos providenciar a construção de dois por semana, poderíamos cumprir nossas metas financeiras, três por semana seria lucrativo. ”

“O G-32 foi projetado de forma que toda a estrutura pudesse ser construída em dois grandes moldes, um superior e um inferior, que deveriam ser unidos na linha central em uma grande operação de colagem. Isso permitiu um investimento mínimo em ferramentas e moldes, tornando financeiramente viável a produção de baixo volume. O maior desafio de projeto foi construir o G-32 leve o suficiente para ser rebocado por um carro de médio porte. Para conseguir isso, o peso combinado do barco e do reboque não poderia exceder 2.200 libras. Nossa abordagem a esse problema se concentrou em duas áreas; primeiro, projetamos fora do barco o máximo de peso desnecessário possível. Mantivemos a área de superfície em um mínimo e projetamos cuidadosamente a estrutura para acomodar as cargas previstas. Por exemplo, a cabine serviu como uma grande caixa de torque para dar a resistência à torção necessária entre os dois cascos. Em segundo lugar, usamos a tecnologia de construção mais leve que podíamos pagar dentro de nossas metas de custo. Não poderíamos gastar mais do que US $ 10 / lb. para conchas moldadas e não podiam pesar mais do que 800 libras. total.

“Temos muitos anos de experiência na construção de veleiros de corrida de alta tecnologia 'únicos', onde fibras exóticas, materiais de núcleo caros e resinas epóxi foram usados ​​para criar barcos muito leves, mas caros. As peças moldadas desses barcos personalizados podem custar facilmente de US $ 50 a US $ 100 por libra. Normalmente, esses barcos de alta tecnologia eram laminados sobre moldes machos que exigiam várias aplicações de bolsa a vácuo para obter um laminado compactado leve. Três aplicações separadas de saco de vácuo eram no mínimo, com as duas películas e o núcleo de separação exigindo compactação separada para garantir um laminado de qualidade. Os barcos que usam materiais pré-impregnados, como o recente iate America's Cup, podem exigir de 6 a 10 aplicações de saco a vácuo para remover a massa de cada camada e, em seguida, uma compactação final de todas as camadas antes que uma cura controlada por forno possa ocorrer. A confecção e aplicação de sacos de vácuo exigem mão-de-obra intensiva, o que restringiu seu uso na construção de barcos de produção, onde os moldes femininos são sempre usados. No passado, as tentativas de aspirar os núcleos dos sacos em películas externas colocadas à mão em moldes femininos causavam impressão excessiva, reduzindo ainda mais o interesse entre os construtores ”.

Os irmãos Gougeon continuam dizendo que, apesar desses problemas, o empacotamento a vácuo e a infusão eram essenciais para economizar peso do laminado. Então, para economizar peso e custo, eles escolheram um novo método de fabricação para a época, com as seguintes etapas:

1) A resina epóxi, formulada com um out-time mais longo, seria utilizada para propriedades máximas, com o out-time permitindo apenas uma etapa de vácuo, com todo o laminado compactado de uma vez.

2) Um gelcoat à base de poliéster em moldes femininos daria uma superfície de baixo custo, mas acabada, com um mínimo de impressão. Os autores observam que resolveram o problema significativo de unir a superfície do gelcoat de poliéster e o laminado de epóxi com uma substância de tie-coat desenvolvida especialmente, aplicada entre os dois materiais diferentes durante o processo de fabricação.

3) Todos os materiais de reforço seriam umedecidos mecanicamente com uma máquina de revestimento por rolo para reduzir o trabalho e obter um melhor controle da resina.

4) A resina epóxi de longo tempo aberto especialmente projetada seria pós-curada a temperaturas não superiores a 140 ° F para atingir altas propriedades físicas.

Os dois irmãos avaliaram cuidadosamente os materiais de reforço para fazer o melhor laminado, considerando custo, desempenho do painel, mão de obra para montagem e qualidade da superfície externa acabada. Uma matriz de 30 combinações foi avaliada inicialmente (você pode ver a tabela aqui:http://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/goufig1.htm) com foco em vidro E costurado. O núcleo foi avaliado cuidadosamente, em várias espessuras e materiais, por ser o componente mais caro. O sistema de resina epóxi PRO-SET, com tempo aberto de 4 horas, foi desenvolvido nos laboratórios da própria Gougeon expressamente para uso neste novo processo de fabricação.

Os dois irmãos finalmente construíram 30 painéis de teste usando os materiais da matriz e, em seguida, reduziram esses painéis para 12 combinações de materiais, para testes de fadiga na bancada de testes Hydromat da empresa. A pergunta-chave era:"Quanta rigidez foi necessária para o barco funcionar adequadamente nas condições de operação mais exigentes?" Os dois dizem que, com base nos resultados do teste, as alterações de projeto foram feitas para reduzir as áreas planas no projeto do barco, uma vez que essas áreas planas exigiam rigidez adicional, de modo que um painel menos rígido e de custo mais baixo pudesse ser usado.

“Determinamos que a resistência de longo prazo do painel a cargas de fadiga cíclica sustentada de 5 psi e cargas de impacto intermitentes de aproximadamente 15 psi eram necessárias para a sobrevivência de longo prazo da estrutura G-32. Esse critério não foi estabelecido de forma científica, como a medição real com extensômetros (o que é difícil de fazer). Em vez disso, refletiu nossa experiência com o desempenho de várias combinações de materiais usados ​​para construir várias embarcações com vários sucessos e falhas ao longo dos anos. Esta é a abordagem típica, histórica de tentativa e erro para o projeto e a engenharia de barcos, que não tem servido bem ao setor desde o recente desenvolvimento revolucionário de materiais compostos. Novos métodos de teste, como o Hydromat, são uma tentativa de avaliar melhor o desempenho dos materiais compostos de uma forma que simule de perto as condições reais de carga, para que decisões mais informadas possam ser tomadas. ”

O documento segue descrevendo em detalhes o processo de teste de fadiga de ciclo curto. A combinação de materiais escolhida em última instância, dizem os autores, “não foi o painel mais forte avaliado em qualquer uma das áreas estruturais de rigidez, resistência final ou fadiga. Era, no entanto, mais do que adequado para atender às necessidades estruturais do projeto do barco G-32. Mais importante ainda, o painel # 48 teve uma boa pontuação em três outras áreas; custo, peso e facilidade de fabricação. ” O painel # 48 consistia em películas de fibra de vidro multiaxiais da Brunswick Technologies Inc. sobre um núcleo de espuma de PVC Klegecell da DIAB.

Curiosamente, uma das partes mais difíceis do projeto, dizem eles, foi conseguir o acabamento externo de alto brilho, sem o peso excessivo que os gel coats podem adicionar. A solução foi ter um indivíduo altamente treinado fazendo a melhor aplicação possível de gelcoat, dizem os irmãos Gougeon.

Apesar dos cuidados com o design e seleção do material, a meta de custo de US $ 10 por libra de laminado acabado não foi totalmente atingida, pois no final de 1992 os irmãos decidiram vender a divisão de energia eólica, o que eliminou o principal motivo do barco projeto. A produção foi interrompida logo em seguida, após a fabricação de apenas 14 G-32s. Mas, dizem eles, a tecnologia de construção de barcos baseada em epóxi desenvolvida com o G-32 é agora amplamente usada na construção de barcos de alto desempenho, construídos em moldes femininos. Meade e Jan Gougeon acreditam que seu processo de fabricação reduziu drasticamente o custo de fabricação de barcos à base de epóxi, em comparação com o custo de construção de barcos personalizados em moldes masculinos. Além disso, eliminou o estireno e proporcionou maior controle sobre o tempo aberto e as taxas de cura. Eles concluem, “… os 14 G-32 que foram construídos tiveram o desempenho esperado, sem falhas estruturais de qualquer tipo. Um bônus é que seu peso leve, combinado com cascos longos e estreitos, tornou os barcos extremamente rápidos que ganharam muitas corridas ”. E, 28 anos depois, eles continuam vencendo!