对海洋设计的迷人内部观察——三年前

Gougeon Brothers Inc.（美国密歇根州贝城）最近发布了一份有趣的新闻稿，内容涉及一艘已有 28 年历史的双体船，该船仍在创下速度记录并超越更新的工艺。 隐身 是一艘由 Gougeon Manufacturing 于 1990 年制造的复合材料双体船。华盛顿州汤森港的 Russell Brown 在艰苦的 R2AK（阿拉斯加竞赛）中单枪匹马地与这艘拥有 28 年历史的 G32 船比赛。在从西澳汤森港到不列颠哥伦比亚省维多利亚的排位赛中，他比其他车队领先 40 分钟。随后，他连续三天领跑比赛，并连续第二年成为第一个单人完赛者，在同一条船上打破了 2017 年创纪录的胜利超过 24 小时。

所以我很惊讶地在 Gougeon 网站上找到了一份长而详细的开发、设计和建造文件（最新更新：1996 年），描述了 Meade 和 Jan Gougeon 为制造这艘快速 G32 双体船而进行的艰苦过程，这可能是28 年来的成功。我借用了下面的部分，您可以在此处阅读整个文档：http://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/welcome.html。

“当我们决定在 1990 年重新开放我们的风电叶片制造厂时，由于风电行业在 1986 年发生了戏剧性的崩溃，该厂已经闲置了三年，我们承认风电行业距离恢复以前的健康还有很长的路要走。我们需要与第二个产品分担工厂管理费用，直到风电业务恢复到以前的水平。除了风力叶片外，我们还开始制造一种独特的、可拖挂的 32 英尺长双体船，称为“G-32”。我的兄弟 Jan 和我一直认为快速、有趣的轻型双体船会有很大的市场航行，有 2 或 3 人的周末住宿，价格低于 35,000 美元。我们无意实现大生产；如果我们可以安排每周建造两个我们就可以实现我们的财务目标，那么每周三个将是有利可图的。”

“G-32 的设计使得整个结构可以在两个大模具中建造，一个上模具和一个下模具，在一次大型粘合操作中将它们在中心线连接起来。这使得在工具和模具上的投资最小，使小批量生产在财务上可行。最大的设计挑战是制造足以由中型汽车牵引的 G-32。为此，船和拖车的总重量不能超过 2,200 磅。我们解决这个问题的方法集中在两个方面；首先，我们在船上设计了尽可能多的不必要的重量。我们将表面积保持在最低限度，并精心设计了结构以适应预期的负载。例如，机舱用作一个大扭矩箱，以在两个船体之间提供必要的抗扭力。其次，我们使用了在我们的成本目标范围内可以负担得起的最轻的施工技术。我们最多只能花费 10 美元/磅。用于模制外壳，这些外壳的重量不能超过 800 磅。总。

“我们在建造高科技、‘一次性’竞赛帆船方面拥有多年经验，其中使用了异国情调的纤维、昂贵的芯材和环氧树脂来制造非常轻便但昂贵的船只。这些定制船的模制部件的成本很容易达到每磅 50 到 100 美元。通常，这些高科技船被层压在需要多个真空袋应用的阳模上，以实现轻巧的压实层压板。三个独立的真空袋应用最少，两个表层和分离芯都需要单独压实以确保层压板的质量。使用预浸材料的船只，例如最近的美洲杯游艇，可能需要 6 到 10 个真空袋应用来减少每一层的体积，然后在进行烤箱控制固化之前对所有层进行最终压实。真空袋的制作和应用是劳动密集型的，这限制了它们在总是使用阴模的生产造船中的使用。过去，尝试将袋芯真空放入女性模具中手工铺设的外皮中，导致过多的透印，进一步降低了建筑商的兴趣。”

Gougeon 兄弟继续说，尽管存在这些问题，真空袋装和灌注是减轻层压板重量的必要条件。因此，为了既节省重量又节省成本，他们选择了一种新的制造方法，具体步骤如下：

1) 环氧树脂，配制成较长的外延时间，将用于最大性能，外延时间只允许一个真空步骤，整个层压板一次压实。

2) 阴模中的聚酯基凝胶涂层将提供低成本但成品的表面，并具有最少的透印。作者指出，他们解决了将聚酯凝胶涂层表面与环氧树脂层压板粘合在一起的重大问题，在制造过程中使用专门开发的连接涂层物质将其涂在两种不同的材料之间。

3）所有增强材料均采用辊涂机机械润湿，以减少劳动力并实现更好的树脂控制。

4) 特别设计的长开放时间环氧树脂将在不超过 140°F 的温度下进行后固化，以实现高物理性能。

两兄弟在考虑成本、面板性能、组装人工和成品外表面质量时，仔细评估了增强材料以制作最佳层压板。最初评估了 30 种组合的矩阵（您可以在此处查看表格：http://www.gougeon.com/prosetepoxy/G-32/goufig1.htm），重点是缝合的 E 玻璃。由于它是最昂贵的组件，因此在多种厚度和材料方面对核心进行了仔细评估。开放时间为 4 小时的 PRO-SET 环氧树脂系统是在 Gougeon 自己的实验室开发的，专门用于这种新的制造工艺。

两兄弟最终使用基质中的材料构建了 30 个测试面板，然后将这些组合缩小到 12 个材料组合，在公司的 Hydromat 测试台上进行疲劳测试。他们的关键问题是：“在最紧张的操作条件下，船需要多大的刚度才能正常运行？”两人表示，根据测试结果进行了设计更改，以减少船只设计中的平坦区域，因为这些平坦区域需要额外的刚度，以便可以使用刚度较低、成本较低的面板。

“我们确定面板对 5 psi 的持续循环疲劳载荷和接近 15 psi 的间歇性砰击载荷的长期抵抗力对于 G-32 结构的长期生存是必要的。这个标准没有以任何科学的方式建立，例如用应变片实际测量（这很难做到）。相反，它反映了我们多年来使用多种材料组合的性能来建造无数成功和失败的船只的经验。这是船舶设计和工程中典型的、历史性的、反复试验的方法，自从最近复合材料的革命性发展以来，这种方法并没有很好地服务于该行业。新的测试方法，例如 Hydromat，试图以一种密切模拟实际负载条件的方式更好地评估复合材料的性能，以便做出更明智的决定。”

该文件继续详细描述短周期疲劳测试过程。作者说，最终选择的材料组合“在刚度、极限强度或疲劳的任何结构领域都不是最坚固的面板。然而，它足以支持 G-32 艇项目的结构需求。更重要的是，小组#48 在其他三个方面得分很高；成本、重量和易于制造。” #48 面板由来自 Brunswick Technologies Inc. 的多轴玻璃纤维表皮组成，覆盖来自戴铂的 Klegecell PVC 泡沫芯材。

有趣的是，他们说，该项目最困难的部分之一是实现高光泽的外部饰面，同时又不会增加胶衣的重量。 Gougeon 兄弟说，解决方案是让训练有素的人员尽可能地完成最好的胶衣应用。

尽管在设计和材料选择方面非常小心，但每磅成品层压板 10 美元的成本目标并没有完全实现，因为在 1992 年末，兄弟俩决定出售风能部门，这消除了造船的主要原因项目。此后不久，仅制造了 14 架 G-32，生产就停止了。但是，他们说，与 G-32 一起开发的环氧基船建造技术现在广泛用于建造采用母模建造的高性能船。 Meade 和 Jan Gougeon 认为，与在公模上建造定制船的成本相比，他们的制造工艺确实大大降低了制造环氧基船的成本。此外，它消除了苯乙烯，并更好地控制开放时间和固化速率。他们总结道：“……建造的 14 架 G-32 的性能符合预期，没有出现任何结构故障。一个好处是它们的重量轻，加上细长的船体，造就了在许多比赛中获胜的极速船只。”而且，28 年过去了，他们继续获胜！