Båtnytt

Framtiden = superlätta båtar

Dagens skrovstruktur bygger på 40 år gammal forskning

Framtiden = superlätta båtar
Experiment med en modell av en planande båt vilka KTH genomfört i en experimentanläggning på Universitetet Federico II i Neapel

Dagens båtar bygger på 40 år gammal forskning och är för tunga. Med nya matematiska modeller och idéer från flyget vill KTH-forskaren Anders Rosén banta ned dagens överviktiga fritidsbåtar till morgondagens superslimmade farkoster. 

Över datorskärmen kör en animerad motorbåt i hög fart. Den träffar en våg, flyger upp i luften och landar sedan på den streckade linje som i datorsimuleringen betyder vattenytan. Det liknar en animation från den tecknade ­filmens barndom – men är i själva verket matematik i den högre skolan.

– Våra mest avancerade simuleringsmetoder är så datorkrävande att vi bara kan simulera ett enda vågmöte åt gången, sedan tar det stopp, säger Anders Rosén, teknologie doktor och expert på att banta båtar.

Här, i ett tegelhus på  KTH:s campus vid ­Vallhallavägen i Stockholm, forskar Anders Rosén och kollegorna på institutionen Farkost och flyg på hur fartyg kan bli lättare. 

– En lättare båt har så många fördelar. Den klarar sig med mindre motor, eller så går den snabbare. Den blir mer ekonomisk att köra och påverkar miljön mindre. Den klarar också mer last, säger Anders Rosén.

 

Simulering av belastningar i en skrovstruktur under ett vågmöte. Gula, gröna och röda delar utsätts för stor påfrestning.

 

Det första steget mot lättare farkoster är att ta reda på hur starka de behöver vara. För att veta det simulerar forskarna alltså hur snabba skrov går genom vågorna. Målet är att med datorernas hjälp skapa en modell över hur det evigt föränderliga havet slår mot botten och fribord.

– Vi måste kunna simulera väldigt många vågmöten för att kalkylera det värsta ett fartyg kan utsättas för under sin livstid, säger Anders Rosén.

Slutmålet är att kunna räkna ut exakt hur robust en båt behöver vara, redan innan varvet kapat till den första skrovplåten. För vad är det för idé att bygga en båt som är så kraftig att den pallar 40 knop i storm, om besättningen ändå måste slå av vid 15?

– Idag har båtbyggare svårt att få koll på vad skrovstrukturen utsätts för och bygger därför kraftigt. Strukturen har ofta långt kvar till bristningsgränsen men besättningen klarar inte påfrestningarna, säger Anders Rosén.

 

I korridoren utanför Anders Roséns rum på KTH står skrovmodellerna i rader.

 

Dagens båtar dimensioneras med metoder utvecklade av Anders Roséns föregångare i USA på 1970-talet. Daniel Savitsky och Ward Brown var de forskare som med penna, papper och släpmodeller mätte krafterna båtar utsätts för när de kör snabbt genom grov sjö. Denna forskning låg sedan till grund för att två andra forskare, Allen och Jones, på 70-talet kunde formulera de belastningsberäkningar som än idag används av alla båtbyggare jorden runt.

Eftersom ISO-standarder och ­klassningsregler ­bygger på dessa fyra forskares försök, innebär det att ­varenda ­fritidsbåt – från den enklaste jolle till den mest avancerade kolfiberyacht – har en skrovstruktur som bygger på 40 år gammal forskning.

Problemet är att forskningen bedrevs på tättspantade  metallskrov, inte dagens sandwichskrov i glasfiber.

– De här metoderna är mer av kokbokskaraktär och är självklart föråldrade. Dels för att de på 1970-talet ­saknade våra moderna beräkningshjälpmedel, men också för att ­båtarna har förändrats sedan dess, säger Anders Rosén.

Försvarsmakten sponsrar forskningen om lätta skrov. Dagens patrullbåtar klarar betydligt högre belastning än besättningen, vilket är onödigt.

 

I väntan på att KTH:s nya matematiska modeller blir klara har forskarna räknat på hur man genom att följa dagens klassningsregler och ändå få ned vikten.

Som utgångspunkt tog forskarna en 24 meter lång patrullbåt med en skrovvikt på 11,7 ton. Efter noggrann optimering fick forskarna ned vikten till 8,7 ton. Det intressanta är att de även beräknat hur ­mycket båten skulle väga om den byggdes i kolfiber, glasfiber­komposit och stål.

Det visar sig att en kolfiberbåt, byggd enligt nuvarande standard, blir cirka 50 procent lättare – 4,4 ton, jämfört med aluminiumbåtens 9,7 ton. En glasfiberbåt av sandwichkonstruktion med divinycellkärna landar på ­cirka 6,9 ton. Stålbåten blev, som väntat, absolut tyngst med 16,8 ton.

– Om det är låg vikt man är ute efter kan stål inte mäta sig med de andra materialen, säger Rosén.

Forskningen på KTH finansieras delvis av det ­svenska försvaret, som vill ha snabbare och ­snålare patrullbåtar. Våra vanliga fritidsbåtar kan givetvis även de bli lättare, men här finns ett problem.

– En fritidsbåt ska man ju kunna traila, slänga ned en trave ved i, hoppa ned i från bryggan. Det blir andra belastningar som är svåra att räkna på, säger Anders Rosén.

Dagens fritidsbåtar byggs i regel tunga för att gå bra i sjön och hålla länge. Här på Cobalts fabrik i Kansas, USA.

 

Att båtar används på så många olika sätt hamnar i konflikt med viktbesparingen. Anders Rosén berättar att han föreslog för Försvarsmakten att deras båtar, likt flygplan, kunde förses med no step-zoner där manskapet inte fick trampa – ungefär som en flygplansvinge. Förslaget föll platt på hälleberget.

– De tyckte att det var helt orimligt. Det finns en kultur inom båtbranschen att grejerna ska vara rejäla och då måste man överdimensionera och bygga in en annan robusthet.

– På passagerarplan ska man använda vingarna till en grej – flyga – och man får absolut inte nudda dem. Båtar däremot, förväntas klara en mild krasch. Om man byggde och tänkte likadant vid konstruktionen av flygplan, undrar vad en Airbus då skulle väga?

 

Anders Rosén menar att båtkonstruktörer skulle kunna använda design för att göra säkra, men riktigt lätta båtar. Ett sätt är att styra hur människor rör sig ombord. Ett otillgängligt fördäck, som på en amerikansk muskel­båt, skulle till exempel kunna bli en signal om att däcket inte bör belastas.

En annan idé är att förse båten med varnings­system som talar om när besättningen är på väg att gå över skrovets bristningsgräns.

– Bilar har ju till exempel abs och andra system som griper in när föraren överskrider vad bilen klarar av. Det skulle båtar också kunna ha, för att öka säkerheten, säger Ander Rosén.

Hur mycket lättare våra vanliga fritidsbåtar kan bli i framtiden med hjälp av KTH:s metoder vill han inte spekulera i. Men när ledande ­politiker pratar om att förbjuda dieselmotorer och elbilarna slår försäljningsrekord, är dramatiskt lättare skrov den enda vägen mot batteridrivna, planande ­motorbåtar.

Intressant!
Ja
29
1
Nej
Håll dig uppdaterad med nyhetsbrevet!