Легковесная конструкция – ключ для достижения быстрого ускорения и длительной экономии топлива у Ocean Eagle 43 со смолами Sicomin (Франция)

Изготовленный по заказу правительства Мозамбика, корабль Ocean Eagle 43 является инновацией в сфере морского патруля. Три судна тримарана будут выполнять многочисленные миссии в Индийском океане, включая антипиратские операции и защиту рыбных запасов, нефти, газа и других морских ресурсов.

Компания Sicomin сыграла важную роль в этом сложном проекте и поставила целый ряд передовых систем смол в ходе программы, выполненной известной Французской судостроительной компанией CMN. Корпус тримарана был произведен на заводе Chantier Naval H2x в Ла-Сьота, Франция.

Все стороны тесно сотрудничали для достижения поистине выдающихся результатов, а проект получил награду как самая крупная инфузия эпоксидного корпуса за один раз.

Конструкция тримарана

Для эффективного выполнения обязанностей патруля Ocean Eagle 43 должен плавать в течение многих часов, а также иметь возможность быстро ускоряться и преследовать. Для создания эргономичного и эффективного дизайна был привлечен легендарный архитектор Нигель Иренс.

«Понадобилось много лет для разработки данного дизайна эффективного патрульного судна, - отмечает Иренс, - но это прекрасное применение для тримарана.» Длинный, утонченный основной корпус и миниатюрные внешние корпуса обеспечивают исключительную стабильность, но имеют малый вес и меньшее сопротивление, по сравнению с другими формами корпуса сопоставимого водоизмещения, включая двухкорпусные катамараны.

Конструкция ламината в основном состоит из стекломатериала и эпоксидной сэндвич-конструкции, и это хорошо зарекомендовавшая себя композиционная конструкция согласно словам Пьера Лаллеманда, главы подразделения по композитам компании H2X. «Все конструкции – сэндвич, произведенные методом инфузии, за исключением монолитного участка рядом с днищем корпуса в передней части лодки. В высоконагруженных участках использовалась углеродная ткань, например, в стрингерах и «плечах«, соединяющих внешние корпуса с основным.» 

Трудности темного корпуса

Предназначенные для морской службы, корпуса Ocean Eagle 43 должны окрашиваться в серый цвет для уменьшения их видимости на горизонте, но, к сожалению, это также означает, что корпуса будут поглощать значительное тепло от воздействия солнца. В связи с этим для компании H2X встал вопрос о температуре стеклования (Tg) смолы. Для достижения поставленной задачи компания H2X начала тесное сотрудничество с компанией Sicomin.

Компания Sicomin обладает большим опытом в различных проектах изготовления судов с темными корпусами. Марк Денджин, менеджер по экспорту, комментирует: «Изначально Tg, определенная для Ocean Eagle 43, была в диапазоне 120°C - 140°C, что подразумевало под собой применение препрега. Однако, это увеличивало бы вдвое стоимость смолы, и как следствие, стоимость самой оснастки, а также повышало бы требования к постотверждению.»

К счастью, конструкторы H2X вернулись к более экономичному процессу инфузии, что позволило Sicomin предложить смолу с более низкой Tg 90°C.

«Эпоксиды для инфузии с Tg 80°C доступны, но, по нашему опыту, она слишком низкая для темных корпусов и не только создает риски «копир-эффекта», но и вызывает потерю механических свойств со временем, что могло бы привести к разрушению ламината», - подчеркивает Денджин.

Для подтверждения этого компания Sicomin предоставила результаты анализов сканирующей калориметрии (DSC) и динамического механического анализа (DMA).

Со временем показатель Tg немного уменьшится (так как ламинат подвержен воздействию высоких температур и уровней влажности), поэтому этот параметр называют ‘сырой Tg’ – однако, он должен оставаться не ниже 80°C. Sicomin попросилаH2X произвести небольшие образцы для каждой партии смеси смолы во время самого процесса инфузии, которые впоследствии были постотверждены так же, как и сам корпус. Далее эти образцы были испытаны посредством DSC и DMAдля проверки Tg и гарантии соблюдения пропорций смешивания. Также этот процесс обеспечил полную отслеживаемость всего процесса формования.

Подготовка к инфузии

Примечательно то, что независимо от размера самого корпуса компания H2X не проводила никакого моделирования потока и пропитки. Тем не менее, для создания максимально эффективного и успешного процесса инфузии компания Sicomin выполнила ряд тестов на стекле, чтобы гарантировать полную пропитку сэндвич-конструкций. «Стеклянная поверхность позволила нам увидеть пропитку нижней части сэндвича и то, как двигалась смола и с какой скоростью. Это важно для организации и создания линий подачи», - комментирует Денджин.

Данные тесты предоставили неоценимые результаты. Совместно с конструкторами и с одобрения дизайнеров Sicomin и H2Xвнесли многочисленные изменения для максимального улучшения процесса инфузии, такие как изменение конструкции ламината и смена направления волокна для достижения наилучшего потока и максимальной пропитки.

Также компания Sicomin разработала однонаправленные ленты шириной 150 и 300 мм для инфузии критических консольных конструкций. Прошивка была предназначена для обеспечения открытых путей для потока смолы, но данные участки были сбалансированы для достижения достаточного объема стеклонаполнения и требуемых механических свойств. В консольных конструкциях H2X использовала 10 слоев данных лент.

Эпоксидная смола SR 8100, предназначенная для крупногабаритной инфузии

Sicomin рекомендовала смолу SR 8100, двухкомпонентную эпоксидную систему, для инфузии корпуса Ocean Eagle. Данная смола специально предназначена для инфузии крупногабаритных изделий. Продукт обладает пониженной вязкостью при комнатной температуре и может использоваться с различными отвердителями, что добавляет легкости при работе с ним.

При содействии Sicomin компания H2X провела многочисленные тесты для обеспечения точного уровня вязкости и времени гелеобразования, чтобы смола SR8100 успевала протекать и пропитывать армирующий материал, не создавая сухих участков. «Нам не нужно длительное время гелеобразования, так как иначе появляется большой промежуток между завершением пропитки и началом гелеобразования, - отмечает Пьер Лаллеманд, H2X. - Это пустая трата времени, денег и увеличение рисков».

Для достижения максимальных механических свойств эпоксидные конструкции необходимо постотвердить. На основании проведенных ранее испытаний было выбрано постотверждение при 60°C как наиболее эффективное.

Во время всех критически важных моментов Французское классификационное сообщество, Bureau Veritas (BV), еженедельно посещало H2X для проверки качества конструкции ламината и хода исполнения работ.

Инфузия за один раз

Для сведения времени производства к минимуму корпус, палубы и другие элементы выкладывались параллельно, а также параллельно проводился процесс инфузии. В этом были определенные технические и логистическое трудности, но к ним H2X и Sicomin были полностью готовы.

Полная инфузия корпуса была выполнена за 5 часов, и на протяжении еще 4-х часов поддерживался вакуум до момента завершения гелеобразования. Далее было выполнено постотверждение в течение 16 часов при 60°C в печи длиной 43 метра. 11-метровые «плечи» были пропитаны в виде двух половинок, которые потом были склеены по осевой линии. Дополнительные большие конструкции, включая основную палубу, вертолетную площадку 6*9 метров, рулевую рубку и длинные «рукава» шириной 5 метров и длиной 15 метров, были впоследствии присоединены к основной конструкции.

Сборка легковесной суперконструкции

За инфузией и отверждением первой лодки последовала сборка 106 деталей Ocean Eagle. Понадобилось несколько недель для постройки конструкции внутри основного корпуса, включая стрингеры, балки, полы и палубы. Детали соединялись традиционным ручным формованием с использованием стекломатериалов и смолы SR 8500, а также Isobond SR 1170 для более прочного стыка в высоконагруженных участках.

Для завершения всей сборки лодки понадобилось три месяца. «Вес первого и второго корпуса лодки различался всего на 5 кг, не более – впечатлительно для таких больших конструкций,» - комментирует Лаллеманд, H2X.

КЛЮЧЕВЫЕ ФАКТЫ

• 4000 кг смолы SR 8100 понадобилось для инфузии основного корпуса
• Ocean Eagle 43 может развивать скорость в 30 узлов, а также поддерживать экономичные круизные 20 узлов на расстоянии 4 828 км.
• Каждая композитная конструкция тримарана весит менее 30 метрических тонн

По дополнительным вопросам и подборе композитных материалов обращайтесь по почте am@carbonstudio.ru (СПБ) / boris.minaev@carbonstudio.ru (МСК) или по телефону +7(812)363-43-77.