Zoals bij de bouw van elk schip, is ook de constructie van een catamaran een keuze tussen technische mogelijkheden en beperkingen.
Om de constructie van een Brazapi-catamaran beter te begrijpen, dachten wij dat het nuttig was sommige begrippen te voorzien van een beknopte technische uitleg. Waar mogelijk verduidelijken wij met foto’s of tekeningen.
Wil u meer weten, dan kan u mogelijk bij FAQeen antwoord vinden, u kan ons ook mailen (info@brazapi.com) Wij bezorgen u zo spoedig mogelijk de gevraagde informatie.
B: Keren van de boot: spanning en suspens Zoals u op de foto’s ziet, wordt een schip bij de positieve bouw ondersteboven gebouwd.
Bij een sandwich schip wordt alleen de buitenste wand van de sandwich gelamineerd. Aangezien sandwich geen stijfheid heeft zolang de andere wand er niet opzit, en de binnenste wand niet kan worden gelamineerd zolang het schip niet omgekeerd is, heeft men geen andere keuze dan dit slappe immense gevaarte om te keren!
Omdat een reiscatamaran nu groot is, zijn de draaiproblemen navenant.
Zoals wij reeds in de titel stelden: spanning en suspens!
C: Het maken van de mal
Vooraleer een mal kan gebouwd worden, moet er een vorm zijn. Deze vorm noemt men een plug. De plug kan een wegwerpvorm zijn, het kan ook een schip zelf zijn.
Eenmaal de negatieve mal gebouwd is, kan er een sandwich schip in gebouwd worden. Eerst wordt een losmiddel in de mal aangebracht, dat ervoor zorgt dat het schip uit de mal kan loskomen.
Gebruikt men polyester of vinilester, dan wordt na het losmiddel eerst gelcoat aangebracht. (Gelcoat zorgt voor een glad oppervlak)
Daarna komt een laminaat dat met de hand wordt gelegd.
Bij epoxy vallen deze twee stappen meestal weg.
Indien een vacuüminfusie-systeem wordt toegepast, wordt na het handlaminaat het glas van de eerste huid droog in de mal gelegd, daarna het sandwichmateriaal met de inserts en dan het glas voor de binnenhuid.
Daarna worden de materialen die nodig zijn voor de infusie gelegd en wordt alles onder vacuüm geplaatst. De hars wordt onder invloed van het vacuüm geïnfuseerd.
Om een licht, stijf en sterk schip te bouwen maakt men maximaal gebruik van sandwichconstructies.
Een sandwichconstructie bestaat uit 3 delen:
- twee wanden gekleefd op de kern
- een ziel of een kern
- gesloten zijkanten
Deze drie delen bepalen de eigenschappen van een sandwichconstructie: het gewicht, de stijfheid, de weerstand tegen verdeelde krachten, impact en vermoeidheid.
In veel gevallen wordt bij de sandwichconstructie alleen de kern en de wanden besproken, de noodzakelijkheid van gesloten zijkanten wordt zeer dikwijl verwaarloosd.
A: Het basisprincipe
De meeste krachten worden opgenomen door de wanden van de sandwich. Bij een neerwaartse druk op een horizontale sandwichplaat wordt de bovenste wand samengedrukt (op compressie belast), de onderste wand wordt uitgerokken (op trek belast).
B: De kern: De kern wordt belast op schuifkrachten (shear) en daarenboven worden de hechtingen van kern en wanden belast.
De kern houdt de wanden van elkaar verwijderd. Hoe verder ze van elkaar staan, hoe stijver de constructie.
In de praktijk is het iets ingewikkelder: de krachten die op een sandwichscheepswand inwerken zijn samengesteld en onvoorspelbaar. Daarenboven zorgen de schotten ervoor dat in een wand zowel druk- als trekkrachten voorkomen.
Indien op een klein oppervlak een kracht kort en krachtig wordt uitgeoefend heeft de sandwichconstructie meestal niet de mogelijkheid de basisprincipes van de sandwich te laten werken en kan de buitenste wand worden doorboord.
Hierbij speelt niet alleen de kern maar ook de samenstelling van de binnenwand een grote rol.
C: De wanden
De wanden kunnen van verschillende materialen zijn: glas, metaal, hout, enzovoort. Bij de meeste sandwichschepen bestaan de wanden uit met polyester of epoxy gebonden glasvezels.
Soms worden kevlar, koolstof of een mengeling van beiden, of van glasvezel en één van beiden, gebruikt.
Kevlar, bijvoorbeeld, kan vanwege zijn grote weerstand tegen uitrekking, aan de binnenzijde een grote invloed hebben op de weerstand tegen puntkrachten. Omdat bij een scheepswand aan dezelfde zijde van de sandwich zowel duw en trekkrachten voorkomen, is het noodzakelijk dat deze kevlar in beide zijden voorkomt.
De verschillende soorten vezels moeten ook met een hars worden gebruikt dat de krachten die op de wanden uitgeoefend worden kan weerstaan.
Om de constructie nog sterker en lichter te maken worden de glasvezels gelegd in de richting waarin de krachten optreden.
De kern Als kern worden in de jachtbouw meestal balsa of schuim gebruikt.
Elk kern heeft zowel voor- als nadelen.
Balsa
Balsa is een uiterst lichte houtsoort dat kops in sandwichscheepsrompen wordt gebruikt. Afgezien van een grote weerstand tegen compressie heeft balsa eveneens een goede weerstand tegen brand. Doordat de hars lichtjes binnendringt in de verticale nerven van het hout heeft balsa ook een zeer goede hechting met de wand. Omdat balsa het verspreiden van hars (bij een vacuüminfusie) makkelijker maakt, wordt het door veel scheepsbouwers gebruikt.
Ondanks zijn voordelen kozen wij om volgende reden niet voor balsa:
- bij een puntbelasting breekt balsa makkelijker
- bij waterinfiltratie zal balsa makkelijk beginnen rotten.
Schuim
De enige schuimen die volgens ons voor jachtbouw geschikt zijn, zijn PVC en SAN schuimen.
Wat PVC schuimen betreft zijn er twee soorten: crosslinked en lineair schuim. Zij hebben zeer verschillende eigenschappen. Omdat SAN schuim veel eigenschappen gemeen heeft met het lineaire schuim, wordt het meestal als lineair schuim geklasseerd.
Crosslinked schuim
Een crosslinked schuim is meest op zijn plaats wanneer een paneel statisch wordt belast.
Onder een snelle puntbelasting (impact), of een grotere drukbelasting, breekt of delamineert het sneller dan een lineair schuim. Het breekt niet altijd op de plaats van de belasting.
Croslinked schuim heeft een goede weerstand tegen hogere temperaturen.
Merknamen zijn o.a. Herex, Diab en Divinycell.
Lineaire en SAN schuimen Het meest gebruikte lineaire schuim is Airex 63, het meest gebruikte SAN schuim is Corecell.
Deze schuimen hebben een grote weerstand tegen dynamische (altijd maar wisselende) belastingen. Beide schuimen verdragen goed impact.
Zij zijn dan ook uitermate geschikt voor gebruik in de rompen of onder het brugdek.
Eventuele schade bij een te hoge puntbelasting blijft zeer plaatselijk en kan makkelijk hersteld worden.
Airex 63 verdraagt geen hogere temperaturen zodat het niet aanbevolen is het te gebruiken voor de bouw van het dek en de superstructuren. Corecell verdraagt iets beter de hogere temperaturen.
Corecell is bovendien temperatuur bestendiger.
Een romp uit lineair schuim mag alleen wit gekleurd worden. Andere –en dus donkerder- kleuren veroorzaken in de zon een veel hogere temperatuur. (Ook voor de gebruikte hars kan blootstelling aan te hoge temperatuur op lange termijn nefaste gevolgen hebben!)
Brazapi-kern
Wij gebruiken crosslinked schuim op het brugdek omdat daar geen echte puntkrachten voorkomen. Onder de zon kan de temperatuur van het dek hoog oplopen, het crosslinked schuim is hiertegen bestand.
In de rompen gebruiken wij Corecell.
Dit in tegenstelling met de meeste jachtbouwers die het crosslinked schuim ook gebruiken voor de bouw van de rompen. (Crosslinked schuim is goedkoper dan lineair schuim.)
Ingesneden schuim
Om de vorm van de mal te volgen, worden veel schuimen ingesneden, doorgaans in vierkante blokjes. Bij het volgen van de buigingen zetten deze zich dan open.
Dit heeft twee grote nadelen: op deze manier wordt een netwerk van kanaaltjes gevormd dat door de volledige wand van het schip loopt. Bij eventuele waterindringing verspreidt het water zich dan ook over de volledige wand.
de sterkte van de sandwich -die per definitie gesloten moet zijn- wordt hierdoor aanzienlijk verzwakt.
Tijdens een harsinfusie onder vacuüm loopt het netwerk van kanalen vol met hars. Dit verhelpt niet alleen de hiervoor opgenoemde heuvels, het zorgt voor een betere hechting van de wand aan het schuim.
Het feit dat op Corecell op dit moment een groter gamma van mesgesneden schuim heeft bepaalde mee onze keuze voor dit schuim.
Voordelen en nadelen van een sandwichconstructie De voordelen van een sandwichconstructie zijn overduidelijk:
- stijfheid
- sterkte
- weerstand tegen impact
- weerstand tegen vermoeidheid
- gewicht
- thermische en geluidsisolatie
Het moet gezegd dat de sandwichconstructie ook nadelen heeft: sandwichconstructie is geen synoniem van kwaliteit, de kwaliteit zit in de samenstelling van de sandwich en de techniek die werd gebruikt om de verschillende elementen tot een geheel te verwerken.
- zeer technische toepassing
- moeilijkere design
- gevaar voor delaminatie
De opbouw van een laminaat
Zoals hierboven beschreven worden de sandwich wanden, of een “massief” (monolithisch) laminaat opgebouwd uit glas-, kevlar- of koolstofvezels aan elkaar verbonden door een harslaag.
Als hars wordt polyester, vinylester of epoxy gebruikt.
De eigenschappen van dit laminaat worden door verschillende factoren bepaald. Dit zijn de vier belangrijkste:
- de vezelsoort
- de structuur van de vezels
- de gewichtsverhouding tussen vezels en hars
- het soort hars
De vezelsoort De meest gekende vezelsoorten zijn glas, kevlar en carbon.
Kevlar wordt gebruikt voor zijn uitstekende weerstand tegen uitrekking. Dit zorgt voor een bijna mythische reputatie: sterker dan staal, bestand tegen kogelinslag, enz.
Om die reputatie waar te maken moet de kevlarvezel wel op de juiste manier én op de juiste plaats worden gebruikt.
De zwarte koolstof (carbon) heeft een bijna even grote faam, dit omwille van zijn hoge mechanische eigenschappen in verhouding tot een laag gewicht. Carbon wordt gebruikt in de bouw van racewagens, tennisraketten, vliegtuigen, raceschepen, carbonmasten, enzovoort.Wat licht en sterk moet zijn -en bovendien veel mag kosten!- kan in koolstof worden gemaakt.
De vezels en het hars vormen een geheel en het moet gezegd dat alleen epoxy over voldoende hoge technische eigenschappen beschikt om een combinatie met koolstof te vormen.
Om alle eigenschappen te benutten, moeten de meeste epoxyharssystemen na een eerste uitharding worden postgecured. Dit betekent dat ze na de eerste uitharding voor een welbepaalde tijd op een hogere temperatuur moeten worden gebracht.
De structuur van de vezels
Vezels kunnen op verschillende manieren al of niet aan elkaar verbonden zijn: gewoon los van elkaar liggen, geweven vezels, gelegde of gebreide vezels.
In de klassieke glasmat liggen kleine draadjes glasvezel kriskras door elkaar. De stukjes vezel worden samengehouden door een poederige verbindingsstof, die door styreen in het hars opgelost wordt. De glasmat wordt geïmpregneerd met ongeveer twee keer hun gewicht aan hars.
Dit soort laminaat is voor de meeste structurele jachtconstructie voorbijgestreefd. Toch wordt het omwille van zijn lage kost nog regelmatig gebruikt.
Een variant op deze glasmat is een continu mat: hierbij zijn de vezels niet gekapt maar liggen langere draden kronkelend door elkaar. Deze continu mat wordt regelmatig gebruikt om bij een infusie of injectie het hars door het laminaat te voeren. Omdat dit soort matten ook ongeveer twee keer zijn gewicht in hars vasthoudt, heeft het niet alleen slechte structurele eigenschappen maar zorgt het ook voor een ongewenst overgewicht.
Vezels kunnen ook geweven zijn. Naargelang het soort weefsel (zeer fijn geweven, onregelmatige weving) heeft het andere eigenschappen. De combinatie van weefsel met glasmat is misschien wel de meest gebruikte op dit ogenblik.
Naargelang de manier waarop het hars in weefsels wordt gebracht (handlaminaat, injectie) ligt het glasaandeel tussen 30 en de 45 procent van het laminaat.
Een nadeel van weefsel is dat het soms kan uitrekken en de krachten te veel op het hars komen.
Om dergelijke uitrekking te vermijden, legt men lange vezels los naast elkaar en naait men ze met een licht garen aan elkaar vast.
Men kan er dan een volgende laag, meestal in een andere richting, opleggen. Dit noemt men legsel.
Het legsel kan bestaan uit 1 (unidirectioneel), 2 (biaxiaal), 3 (triaxiaal) of 4 (quadriaxiaal) lagen . Deze gebruikt men in de richting waarin het laminaat belast wordt. Zo kan men tegelijkertijd lichtere en sterkere laminaten opbouwen.
Bij de bouw van de Brazapi-catamarans wordt quasi alleen van deze duurdere, maar betere legsels gebruik gemaakt.
Gebreide vezels komen in jachtbouw slechts hoogst uitzonderlijk voor.
Gewichtsverhouding tussen vezels en hars De verhouding weefsel/hars – meestal in gewichtspercentages uitgedrukt- speelt eveneens een grote rol. Men kan algemeen stellen dat de mechanische eigenschappen toenemen met het glas aandeel: hoe minder hars, (of hoe groter het aandeel van de vezelversterking) hoe sterker het laminaat.
Bij een gelijke hoeveelheid glas (van dezelfde soort) is het laminaat met het minste hars, het sterkste en bovendien ook het lichtste.
Door enkele legsels te gebruiken, ligt het glasaandeel bij een Brazapi-laminaat reeds hoog.
Naargelang de toegepaste techniek verschilt de verhouding glas-hars indien men alleen maar legsels gebruikt: bij handlaminaat is dit 35% glas?-40%hars?, bij handlaminaat onder vacuüm uitgehard 40%glas?-50 %hars? en bij een laminaat gemaakt onder vacuüminfusie is de verhouding 50%hars? - 60%glas?.Heb ik dit juist begrepen???
Harssoorten Het meest gebruikte hars is het alom gekende polyester.
Het moet gezegd dat de ontwikkeling van de verschillende polyesters op dit moment zover gevorderd is dat men moeilijk eenvormige eigenschappen aan de polyester kan toeschrijven.
Om het spook van de osmose te bestrijden, maken veel werven gebruik van vinylester. Door zijn goede chemische weerstand biedt vinylester ook een betere weerstand tegen waterindringing dan polyester.
Het staat buiten kijf dat de hars met de beste mechanische en hechtingseigenschappen epoxy is. Hier speelt niet alleen de epoxysoort, maar ook de verwerking en eerder genoemde postcuring een rol. Epoxy is een stuk duurder dan polyester of vinilester. Bij de laatste op puntsstelling van zijn productiemethodes en zijn modellen heeft ACC beslist de rompen en onderbrug van alle Brazapi-catamarans in epoxy te infuseren en te postcuren.
Profilering:
Een zeilsysteem heeft een groter rendement naargelang de mast meer geprofileerd is en de wind met minder turbulenties langs de mast en het zeil komt.
Carbonmasten zijn veel meer geprofileerd en kunnen met een grotere koorde: Wat is dat???worden geproduceerd.
Een meer geprofileerde mast heeft ook minder weerstand tegen de wind.
Deze eigenschap komt bij een roterende mast nog meer tot haar recht.
Gewicht
Bij de bouw van de mast wordt naargelang het mastdeel meer of minder zal belast worden, de grammage en de richting van het glas aangepast.
Dit heeft als resultaat dat:
- de mast lichter is
- de mast ondanks het lichtere gewicht toch sterker is
- een mast waarvan het gewichtszwaartepunt meer onderaan ligt.
Aangepast
Soms is het gepaste mastprofiel niet in de handel en moet men noodgedwongen een te zwaar profiel nemen. Waarom wordt dit vermeld???
Wordt hier bedoeld: Kiest men voor een aluminiummast dan is de kans groot dat een gepast mastprofiel niet in de handel te vinden is en men noodgedwongen voor een te zwaar profiel moet kiezen. Dit probleem stelt zich niet bij de koolstof mast.
Lengte
Een catamaran maakt meer in verhouding tot een monohull gebruik van de wind op het hoogste punt van de mast. (Daarom is het zeil bovenin anders gesneden.)
Om een hogere mast te nemen zou men met aluminium soms een zwaarder profiel moeten nemen, dit hoeft niet bij een koolstofmast. Kunnen het item Aangepast en Lengte niet samengevoegd worden?
Tijdens de ontwerpfase hebben wij voor de Brazapi-catamarans -waar het vermogen snel te kunnen varen één van de basiscriteria is- bewust voor kielen gekozen.
De theorie
De effectiviteit van een antiverleiersysteem wat is dat? Uitleggen? Of kent iedereen dat? verbetert door de snelheid waarmee het water langs stroomt en vergroot naargelang kielen of zwaarden smaller en dieper zijn.
Volgens de theorie zijn, in gelijke omstandigheden, zwaarden aan te bevelen. Dat wij ondanks dit theoretisch gegeven toch voor kielen kozen, heeft te maken met de praktijk die naar onze visie niet overeenstemt met de theorie.
Zeilcapaciteiten aan de wind
Laten wij het eerst over de zeilcapaciteiten aan de wind hebben.
Bij het vermogen scherp aan de wind te zeilen spelen niet alleen de kielen (of zwaarden) een rol, ook de vormgeving en de windvang van het bovenwatergedeelte zijn hierbij van belang. Verticaal geplaatste vensters en overhangende daken (als de klep van een pet), bijvoorbeeld, kunnen wel hun nut hebben, maar voor de zeilkwaliteiten van een schip zijn zij nefast.
De kielen van een Brazapi zijn ontworpen volgens een NACA profiel, een vleugelprofiel. Een catamaran met optrekbare zwaarden kan gedurende korte periodes beslist 3 à 5 graden winnen, maar zal dit in de praktijk al snel terug kwijtspelen
raakt het water het onderste van de brug, dan is het voordeel al verdwenen. (o.a. daarom is de Brazapi zo hoog boven water)
Bij hevige wind kan de voorkant van het schip (vooral wanneer het vooraan uit het water komt) enkele graden uit zijn koers geduwd worden.
Zwaardkasten verhinderen om het gewicht van het schip te centraliseren waardoor het schip minder vlot door de golven gaat. (Door de keuze voor kielen kan in een Brazapi het gewicht wel gecentraliseerd worden.)
Laten wij ook niet vergeten dat een catamaran meer nut haalt uit de winst door snelheid dan uit de winst door enkele graden scherper te varen.
Velen raden ook aan om na het overstag gaan iets minder scherp aan de wind te zeilen om terug snelheid te halen en nadien terug op te loeven.
Een schip met opgetrokken zwaarden glijdt zijdelings van hoge golven
De voorstanders van zwaarden argumenteren hun voorkeur ondermeer met het feit dat in stormachtige omstandigheden het schip zijdelings van een golf zal afglijden en dat een catamaran met kielen zichzelf ‘een hak kan zetten’.
Dit klopt niet. Gezien een catamaran een zeer beperkte diepgang heeft, zal hij in de gure weersomstandigheden van de golven glijden in plaats van te kenteren. In zwaar stormweer vaart elke catamaranschipper bovendien een vluchtkoers. Met zijn kielen zal het schip veel stabieler op zijn koers liggen. Kan dit de onderstaande alinea vervangen?
Tijdens dergelijk omstandigheden is het water zeer onstabiel tot ongeveer een 1,20-1,50 diep en elke catamaran die slechts zo diep in het water ligt zal wegglijden i.p.v. te kenteren.
In zeer zwaar stormweer vaart elke catamaranschipper meestal een vluchtkoers. Een catamaran met kielen zal veel stabieler op zijn koers liggen.
Andere voordelen van kielen
Naast de reeds vermelde voordelen, hebben kielen in vergelijking met zwaarden nog meer pluspunten, dit zijn de belangrijkste:
kielen nemen geen ruimte in binnen in de catamaran
- geen risico op breuk
- droogvallen op het strand is geen probleem
- meer laadvermogen
- roeren en propellers worden door de kielen beschermd
- kielen zijn makkelijk te onderhouden, een zorg minder tijdens het varen
- kielen bevorderen een betere koersstabiliteit
- kielen maken het overbodig om op lange reizen een reserve zwaard mee te nemen
- bij een aanvaring is de kans op structurele schade minder groot
- hydrodynamisch hoogwaardig
Over de voorbalk De meeste door E. Lerouge getekende catamarans, maken gebruik van een brede composiet voorbalk. Dit in tegenstelling met de veel voorkomende voorbalk, die meestal een aluminium balk is, al dan niet tussen twee scharnieren opgehangen.
De Brazapi-voorbalk is een wezenlijk deel van de structuur en de stijfheid van de catamaran.
Met een breedte van 50 tot 60 cm is hij voldoende breed om over te lopen en om nodige manoeuvres uit te voeren, het is ook een efficiënte bescherming tussen het net en de zee.
De voorbalk is compleet met gesloten cellen schuim opgevuld.
Wanneer de catamaran zich in een golf boort, fungeert de voorbalk als drijver met 1000 kg opwaartse kracht. De catamaran komt met zijn boeg snel weer boven water en het risico van pitchpooling wordt quasi uitgesloten.
De voorbalk wordt in directionaal gelegd glas en epoxy uitgevoerd en kan ruim voldoende trekkracht verdragen om er de voorstag, eventueel ook een tweede voorstag voor een stagzeil en een spiboom op te monteren, zonder daarbij gebruik te moeten maken van een stampstok.
Dat de voorbalk naar boven toe gebogen is maakt hem niet alleen sterker, het vermindert bovendien de kansen dat het schip door het water geremd wordt.
Dat een gebogen vorm bovendien mooier is, hoeft geen betoog.
