Bärplansbåd: Från koncept till konstruktion
Typ
Examensarbete på kandidatnivå
Bachelor Thesis
Bachelor Thesis
Program
Publicerad
2024
Författare
Alfredsson, Hugo
Börjesson, Linus
Hansson, Fredrik
Kongstad, Alexander
Palm, Isac
Sundström, Hugo
Modellbyggare
Tidskriftstitel
ISSN
Volymtitel
Utgivare
Sammanfattning
Bärplansbåtar har funnits under en lång tid, men på grund av begränsade kontrollsystem har de varit för komplicerade
och dyra. Parallellt med utvecklingen av bärplansbåtar går utvecklingen av elbåtar snabbt framåt. Många
problem med elbåtar gällande batteristorlek och vikt gör dem icke-hållbara på grund av deras begränsade körsträcka.
Men idén att kombinera dessa tekniker kan revolutionera sjöfartsindustrin på grund av den betydande
mängd energi som kan sparas vid flygande körning.
Denna kandidatuppsats syftar till att bygga en bärplansbåt med målet att förbättra ett tidigare projekt med
liknande mål. Målet är att skapa en ej skalenlig prototyp av en bärplansbåt, vilket möjliggör slutsatser och rekommendationer
för framtida forskning inom detta område. Rapporten fokuserar främst på systemets design,
den använda metoden och associerade utmaningar.
Systemets design omfattar flera komponenter: ett kontrollsystem, vingkonfiguration, vingdesign, skrovdesign
och slutligen hur de är sammanlänkade. Kontrollsystemets uppgift är att reglera stigning och roll för att bibehålla
båtens stabilitet vid flygning. För reglering användes ett autopilotprogram kallat ArduPilot. Vingkonfigurationen
och vingdesignen är relaterade till varandra med målet att ge tillräckligt med lyftkraft för att lyfta båten.
Den valda konfigurationsdesignen är ett trevingat system, med två vingar placerade framtill och en bak. De
främre vingarna ansvarar för att ge 80% av vingarnas lyftkraft samtidigt som de reglerar roll, medan den bakre
vingens uppgifter innebär styrning, reglering av stigning (och därmed höjd). Designen av vingarna resulterade
i en T-formad konfiguration, med vingöron på de främre vingarna och rundade kanter på den bakre vingen.
Dessutom placerades båtens propellrar något ovanför vingen på de främre stagen. Regleringen av dessa vingar
sker ovanför vattenytan, där vingarna och stagen ändrar sin vinkel för att reglera lyftkraften. Skrovdesignen
anpassades från ett tidigare projekt som fokuserade på att designa en bärplansfärja. Detta skrov valdes eftersom
det tidigare arbetet ansågs ha optimerat formen för ett liknande ändamål.
Systemdesignen testades sedan för att analysera konstruktionen trots avsaknaden av en höjdsensor. En höjdsensor
ska mäta avståndet från båten till vattenytan, vilket tillåter autopiloten att reglera detta avstånd. Utan sensorn
måste avståndet regleras manuellt vilket är komplicerat. Det visade sig dock att båten både kunde flyta och flyga,
vilket bekräftar att propellrarna kan leverera tillräckligt med drivkraft och vingarna kan producera den nödvändiga
lyftkraften. Ett problem som upptäcktes var en lätt baktung vikt-fördelning. Det resulterade i att fören lyfte
från vattenytan innan aktern hade lyft. Följaktligen, när vingarna och propellrarna på de främre vingarna nådde
vattenytan minskade deras effektivitet, vilket fick båten att sjunka mot vattnet igen. Genom att lägga till extra
vikt på fören flyttades den longitudinella tyngdpunkten framåt och därmed närmare den resulterande lyftkraften
från vingarna, vilket resulterade i en bättre dynamisk jämvikt av krafter och moment i systemet. Det möjligtgjorde
att båten kunde flyga i några sekunder.
De primära slutsatserna som dras för den fortsatta utvecklingen av båten är att uppnå rätt balans när det gäller
båtens tyngdpunkt och lyftkraftsrelationen mellan den bakre vingen och de främre vingarna, samt att implementera
en höjdsensor.