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JD27

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von David Messner

Betreuet: Valentine Troi

Entwurf eines Motorbootes mit einer Länge von etwa 25 – 30 ft. mit tunnel-hull und Anleihen aus dem Luxusbootsbau.



Inhaltsverzeichnis

Inspiration

Die Rumpfform des Bootes ist inspiriert von den v.a. in den 50er bis Mitte70er Jahren in den USA sehr populären Cab-Overs oder Hydroplanes. Diese Rennboote bestanden aus Holz und verfügten über eine spezielle und sehr charakteristische Rumpfform Die Motoreinheit, bei der es sich häufig um Antriebe aus der Autoindustrie handelte, lag meist vor dem Piloten.

Der Aufbau des Decks, sowie Ausbau und Details sind vom Luxusbootsbau inspiriert.

Im Schiffsbau unterscheidet man ganz allgemein zwischen Verdrängern und Gleiter. Hydroplanes gehören zur Familie der Gleiter.

Gleiter

Gleiter sind durch ihre Rumpfkonstruktion dazu geeignet, sich mittels eines starken Antriebes gegen den Wasserwiderstand aus dem Wasser zu erheben und auf dem Wasser zu gleiten. Es befindet sich also der überwiegende Teil der Fahrzeugmasse oberhalb der Wasserlinie. Da sich der Rumpf aus dem Wasser hebt, reduziert sich der Widerstand durch die Bugwelle. Schließlich beginnt bei weiterer Erhöhung der Geschwindigkeit auch das Heck auf der Welle zu gleiten. Durch den dabei viel geringeren Wasserwiderstand werden im Vergleich zur Verdrängerfahrt deutlich höhere Geschwindigkeiten erreicht. Der Übergang von der Verdrängerfahrt zur Gleitfahrt ist das Äquivalent auf dem Wasser zum Durchbrechen der Schallmauer in der Luft, bei dem ein Flugzeug seine eigene Schallwelle überholt. Der Moment, in dem die Gleitfahrt einsetzt nennt man Angleiten. Könnte man den Luftwiderstand außer Acht lassen, so gäbe es keine Endgeschwindigkeit. In der Praxis wird jeder Gleiter allerdings bei zu hoher Geschwindigkeit vom Luftdruck angehoben und hebt vom Wasser ab.

http://de.wikipedia.org/wiki/Verdränger_und_Gleiter

Round Nose 3 Point Hydroplane

Auf der Suche nach der idealen Rumpfform und den höchsten Geschwindigkeiten entwickelte sich ein Rumpfform-Design, welches in kurzer Zeit von allen Hydroplane-Bauern übernommen wurde und in unterschiedlichsten Facetten zur Standard-Form avancierte. Der Unterboden wölbt sich im vorderen Bereich nach oben, sodass Luft unter den Rumpf einströmen kann und diesen aus dem Wasser hebt. An beiden Seiten des Unterbodens sind die sog. sponsons montiert, sie wirken wie Gleitflügel und halten den Rumpf auf Kurs. Die Oberseite des Rumpfes hingegen ist nach unten gewölbt, sie soll so viel Luftdruck aufbauen um das Fahrzeug vor dem Abheben zu bewahren. Der Begriff 3-Point Hydroplane leitet sich aus dem Kontaktverhalten des Rumpfes mit dem Wasser ab. Nach dem Ablösen schwebt der Rumpf auf einem Luftkissen über die Wasseroberfläche. Nur mehr der Propeller und die Enden der sponsons berühren die Wasseroberfläche.

übersetzt aus http://www.vintagehydroplanes.com

Riva Aquarama

The Riva Aquarama was a speedboat model built by Riva. Production ran for over three decades from Aquarama's introduction in 1962 till 1996. Carlo Riva launched the Aquarama runabout series in 1962. Aquarama's hull was based on Riva Tritone - an earlier model speedboat by Riva. Because of the boats speed, beauty and craftmanship behind it, Aquarama was praised as the Ferrari of the boat world. The company was founded by Pietro Riva in 1842. The Riva Aquarama's 10.5 metre hull was carved from mahogany wood. Hull was varnished so it left the wood visible. All versions of the Aquarama were twin engined. Power varied from 185 hp to 350 hp per engine. For example Cadillac- and Chrysler-engines tuned by Riva where used. Aquarama's cruise speed was up to 45 knots. On top of the engine compartment there was a cushioned sundeck. Boat also carried a convertible roof which disappeared behind the rear seat and cockpit. There was a swim ladder mounted in the stern of the boat.

Model variants:

• Super Aquarama (build 1963-1971)

• Aquarama Lungo (1972)

• Aquarama Special (1972-1996)

http://en.wikipedia.org/wiki/Riva_Aquarama

http://www.riva-yacht.com

Formfindung Rumpf

Die Kombination aus Hydroplane-Unterbau mit einem nahezu klassischen Decksaufbau erforderte es, die beiden Themen am Anfang in getrennter Weise anzugehen.

Recherche

Aus Fotos, Zeichnungen und Beschreibungen fing ich an die Rumpfform zu bestimmen. Kleine Polystyrol-Modellhälften wurden gebaut, zerschnitten und deren Spanten nachgezeichnet. Aus den erhaltenen Querschnitten begann ich den Rumpf zu modellieren. Die gleichzeitige Arbeit am Modell und an den Zeichnungen stellte sich als unablässig heraus, da ohne 3d-Modell die Erzeugung symmetrischer Formen wohl nahezu unmöglich erscheint.

Zeichnungen und Modelle

Weitere Modelle in Holz, Polystyrol und schließlich Fiberglass folgten. Zwischen jedem Schritt wurde die Form verfeinert, Änderungen vorgenommen , um so zu einer möglichst korrekten und tauglichen Rumpfform zu gelangen.

Dabei kam ich mit dem Wasserbau-Institut der Universität in Kontakt, das ich in Abständen konsultierte. Ich möchte mich bei Herrn Sitar bedanken, der durch sein Wissen rund um den Schiffsbau mich in wissenschaftlicher Weise beraten konnte.

Anfang März dieses Jahres war die Form des Rumpfes mit einer Toleranz von etwa 20mm schließlich festgelegt.

Aufbau

Der Rumpf und die Aggregateträger sind in Monocoque-Bauweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CfK) gefertigt. Sämtliche Versteifungselemente (Spanten) sind direkt mit der Außenhaut verbunden.

Ein Monocoque ist eine in einschaliger Bauweise gefertigte tragende Struktur eines Fahrzeugs. Dabei nimmt die weitgehend geschlossene Außenhaut die meisten angreifenden Kräfte auf. Monocoques sind leicht und verwindungssteif, jedoch aufwändig zu fertigen. http://de.wikipedia.org/wiki/Monocoque

Der Rumpf wird in zwei Teilen hergestellt, einem unteren und einem oberen, welche nach ihrer Fertigung miteinander verbunden werden und ein Ganzes bilden.

Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff

bezeichnet einen Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, bei dem in eine Matrix (z. B. aus Kunststoff) Kohlenstofffasern, meist in mehreren Lagen, als Verstärkung eingebettet werden. Die Matrix besteht meist aus Duromeren, zum Beispiel Epoxidharz oder aus Thermoplasten. Für thermisch sehr hochbelastete Bauteile (z. B. Bremsscheiben) kann die Kohlenstofffaser auch in einer Matrix aus Keramik (siehe keramische Faserverbundwerkstoffe) gebunden werden. Die Festigkeit und Steifigkeit eines aus CFK hergestellten Materials ist, wie bei allen Faserverbunden, in Faserrichtung wesentlich höher als quer zur Faserrichtung. Aus diesem Grund werden einzelne Faserlagen in verschiedenen Richtungen verlegt. Bei Hochleistungs-Konstruktionsbauteilen werden die Faserrichtungen vom Konstrukteur anhand einer Computerberechnung (z. B. mit Hilfe der klassischen Laminattheorie) festgelegt, um die geplante Festigkeit und Steifigkeit zur erreichen. http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstofffaserverstärkter_Kunststoff

In die gewachste (kein Verbund mit Fasern) Negativform werden die mit Epoxidharz getränkten Kohlenstoff-Gewebebände in mehreren Schichten und verschiedenen Richtungen ( +/- 45°) eingelegt. Das Kern-Material wird eingelegt (Nomex Honeycomb), anschließend wieder Carbon moth layer. Das gesamte Bauteil mit Form wird in einen Vakuum-Sack „gesteckt“, eine Trennschicht sorgt dafür, dass die Bauteile sich später voneinander lösen können. Anschließend wird dem Bauteil mit Hilfe einer Vakuumpumpe die Luft entzogen. Der Luftdruck presst die eingelegten Teile zusammen und fixiert sie. Das flüssige Harz wird mittels des atmosphärischen Drucks in das Fasermaterial gedrückt. Die Aushärtezeiten sind abhängig vom gewählten Matrix-Werkstoff (Harz) und der Temperatur. Vorteil dieses Verfahrens ist die gleichmäßige und fast blasenfreie Tränkung der Fasern und somit die hohe Qualität der produzierten Bauteile sowie die Reproduzierbarkeit. Es werden heute schon Bauteile wie z.B. Rotorblätter für Windkraftanlagen mit einer Länge von mehr als 50 Metern mit diesem Verfahren gefertigt.

http://www.youtube.com/watch?v=mROBlWIu8q4

Core Material

Als Kernmaterial bin ich auf Nomex Honeycomb gestoßen, Aramidwaben, die etwa auch bei den Chassis von Porsche Carrera GT oder Ferrari Enzo verwendet wurden.

Engineering theory shows that the flexural stiffness of any panel is proportional to the cube of its thickness. The purpose of a core in a composite laminate is therefore to increase the laminate’s stiffness by effectively ‘thickening’ it with a low-density core material. This can provide a dramatic increase in stiffness for very little additional weight. The sandwich laminate can be likened to an I-beam, in which the laminate skins act as the I-beam flange, and the core materials act as the beam’s shear web. In this mode of loading it can be seen that the upper skin is put into compression, the lower skin into tension and the core into shear. It therefore follows that one of the most important properties of a core is its shear strength and stiffness.

Nomex Honeycomb

Nomex honeycomb is made from Nomex paper, a form of paper based on Kevlar®, rather than cellulose fibres. The initial paper honeycomb is usually dipped in a phenolic resin to produce a honeycomb core with high strength and very good fire resistance. It is widely used for lightweight interior panels for aircraft in conjunction with phenolic resins in the skins. Special grades for use in fire retardant applications (e.g. public transport interiors) can also be made which have the honeycomb cells filled with phenolic foam for added bond area and insulation. Nomex honeycomb is becoming increasingly used in high-performance non-aero- space components due to its high mechanical properties, low density and good long-term stability. However, it is considerably more expensive than other core materials.

http://www.azom.com

Verbund Deck-Rumpf

siehe Vortrag Philipp Leube Advanced R & D Design, Fa. AZIMUT YACHTS 22.05.2007

http://www.exparch.at/index.php?option=com_mambowiki&Itemid=120

Antrieb und Steuerung

Auf der Suche nach geeigneten Antrieben und Steuerungsmöglichkeiten bin ich auf VolvoPenta® gestoßen. Die relativ umweltverträglichen Motoren, das neuartige Steuerungssystem (VolvoPentaIPS®), sowie viele raffinierte Funktionen und Details haben mich überzeugt. Deshalb möchte ich diese Einheiten zum Einbau vorschlagen.

Antrieb

VolvoPenta®IPS500G(asoline) V8 twin installation

Power: 2 x 280kW/375hp

displacement : 8.1 litres

rpm: 4.600

Steuerung

VolvoPenta®EVC (ElectronicVesselControl)

Electronic shift and throttle, trip computer, electronic steering wheel, Acquamatic Power Trim Sytem, IPS Joystick

http://www.volvopenta.com

Ansichten

Polsterung

Tedsen®Yachtpolsterung

http://www.bootspolster.de


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Attribute

Messner David | Troi Valentine | HB2 | JD27 | 08SS Bild:JD27studio1.jpg

Fakten zu JD27RDF-Feed
BetreuerTroi Valentine  +
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LVHB2  +
Semester08SS  +
TitelJD27  +
VerfasserMessner David  +
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