1. No category

Styranordning för autonoma segelbåtar
Nico Lehtilä
Fredrik Lamberg
Högskolan på Åland
serienummer 13/2015
Maskinteknikprogrammet
Mariehamn 2015
ISSN 1458-1531
Examensarbete
Högskolan på Åland
Utbildningsprogram:
Författare:
Arbetets namn:
Handledare:
Uppdragsgivare:
Maskinteknikprogrammet
Nico Lehtilä och Fredrik Lamberg
Styranordning för autonoma segelbåtar
Kenneth Andersson
Högskolan på Åland, vice rektor Ronny Eriksson
Abstrakt:
Arbetet har gjorts på begäran av ÅSR (Åland Sailing Robots) genom Ronny Eriksson.
Syftet med arbetet är att undersöka olika möjligheter för en energisnål styrenhet för
robotsegelbåten Mini 12:an som ägs av ÅSR. Ett exemplar av den styranordningen som vi
anser kommer att fungera bäst för en robotsegelbåt har konstruerats och sedan testats.
I detta arbete har vi undersökt bland annat NACA-profiler samt vilka krafter som påverkar
Mini 12:ans roder. Dessa krafter har vi tagit hänsyn till när vi dimensionerat styrenheten för
just denna båt.
Vi har konstruerat styranordningen på ett sådant sätt att man vid ett senare skede kan utrusta
den med elektronik och få den datorstyrd.
Som styranordning valde vi en anordning som heter Windvane som använder sig av vindoch vattenkraft för att hålla båten i vald kurs.
När konstruktionen var färdig och monterad på Mini 12:an gjorde vi ett antal testkörningar
där vi kunde se om styranordningen fungerade som det var menat. Testerna visade mycket
positiva resultat.
Vi har även tagit upp flera förslag på hur vi anser att man kan förbättra styranordningen.
Nyckelord (sökord):
Styranordning, Åland Sailing Robots, The Microtransat Challenge, segelbåt, robot,
Windvane, roder
Högskolans serienummer: ISSN:
Språk:
Sidantal:
13/2015
1458-1531
Svenska
63
Inlämningsdatum:
Presentationsdatum:
Datum för godkännande:
22.05.2015
20.05.2015
20.05.2015
Degree Thesis
Högskolan på Åland / Åland University of Applied Sciences
Study program:
Author:
Title:
Academic Supervisor:
Technical Supervisor:
Marine Engineering
Nico Lehtilä and Fredrik Lamberg
Self-steering Device for Autonomous Sailboats
Kenneth Andersson
University of Åland, vice-rector Ronny Eriksson
Abstract:
This thesis has been done at the request of ÅSR (Åland Sailing Robots) by Ronny Eriksson.
The purpose of the study is to examine various options for an energy efficient self-steering
device for a robotic sailing boat, the Mini 12, owned by ÅSR. We have determined what
type of self-steering device we think works best for a robotic sailing boat. We have
manufactured and tested that it works for the purpose it was built for.
In this thesis we have examined the NACA-profiles and the forces that affect the rudder of
the Mini 12. It is these forces we have taken into account when we selected a self-steering
device for this particular boat.
We have designed and manufactured the self-steering device in such a way that it can be
installed with equipment at a later stage that will make it work through a computer.
We chose a self-steering device called Windvane that uses wind and water power to keep the
boat on the chosen course.
When the construction was finished and mounted on the Mini 12 we ran a number of test
runs where we could see if the self-steering device worked as it was meant. The tests showed
very positive results.
We have also mentioned a number of suggestions that we believe can be improved on this
construction.
Key words:
Wind rudder, Åland sailing robots, The Microtransat Challenge, sailboat, robot, autonomous,
rudder, Windvane
Serial number:
ISSN:
Language:
Number of pages:
13/2015
1458-1531
Swedish
63
Handed in:
Date of presentation:
Approved on:
22.05.2015
20.05.2015
20.05.2015
INNEHÅLL
Förord ............................................................................................................................... 6
1.
Inledning ................................................................................................................... 7
1.1.
Varför har vi valt detta ämne? ........................................................................... 7
1.2.
Historia............................................................................................................... 7
1.2.1.
The Microtransat Challenge ....................................................................... 7
1.2.2.
Högskolan på Ålands robotsegelbåtar ........................................................ 8
1.3.
Syfte och frågeställningar .................................................................................. 9
Följande frågeställningar har använts: ...................................................................... 9
1.4.
2.
3.
Metod ................................................................................................................. 9
Förarbete ................................................................................................................. 12
2.1.
Mini 12:an ........................................................................................................ 12
2.2.
Val av styranordning ........................................................................................ 16
2.2.1.
Kriterierna för val av styranordning ......................................................... 16
2.2.2.
Differentialaxel ......................................................................................... 17
2.2.3.
Windvane .................................................................................................. 17
2.3.
Hur en Windvane fungerar............................................................................... 18
2.4.
Beräkningar ...................................................................................................... 19
2.4.1.
Roderberäkningar ..................................................................................... 20
2.4.2.
Hållfasthetsberäkningar ............................................................................ 23
2.5.
Val av material ................................................................................................. 27
2.6.
Hur olika delar påverkade val av material ....................................................... 30
Konstruktion ........................................................................................................... 31
3.1.
Vindflöjeln och fäste ........................................................................................ 31
3.1.1.
Vindflöjlar ................................................................................................ 31
3.1.2.
Fästet......................................................................................................... 33
3.2.
Tillverkning av växeln ..................................................................................... 36
3.2.1.
Kugghjul till växeln .................................................................................. 37
3.2.2.
Axlar som används ................................................................................... 38
3.2.3.
Montering av växeln ................................................................................. 41
3.2.4.
Kraftöverföring från vindflöjeln till växeln .............................................. 41
3.3.
Upphängning .................................................................................................... 43
3.4.
Fästning av växeln till upphängning ................................................................ 44
3.5.
Rodret............................................................................................................... 46
3.6.
Fastmontering av upphängningen .................................................................... 48
3.7.
Kraftöverföringen mellan lilla rodret och Mini 12:ans roder .......................... 50
3.8.
Tillverkning av motvikterna ............................................................................ 51
3.8.1.
4.
Resultat ................................................................................................................... 54
4.1.
Den totala friktionen som motvikten måste kompensera för ........................... 54
4.2.
Tester ............................................................................................................... 54
4.2.1.
Test 1 ........................................................................................................ 54
4.2.2.
Resultat på test 1 ....................................................................................... 55
4.3.
Test 2................................................................................................................ 55
4.3.1.
5.
Slutliga monteringen ................................................................................ 53
Resultat på test 2 ....................................................................................... 56
Diskussion .............................................................................................................. 58
5.1.
Resultatdiskussion ........................................................................................... 58
5.2.
Förslag på förbättringar.................................................................................... 59
5.2.1.
Kugghjul ................................................................................................... 59
5.2.2.
Glidlagertypen .......................................................................................... 59
5.2.3.
Optimering av vindflöjel samt motvikt .................................................... 60
5.2.4.
Flyttbara fästöglor .................................................................................... 60
5.2.5.
Elmotor för styrning av vindflöjel ............................................................ 60
Källförteckning ............................................................................................................... 61
Bilagor ............................................................................................................................ 63
FÖRORD
Detta arbete skulle inte ha varit möjlig att utföra utan den hjälp som vi har fått av ett
flertal personer. Vi vill tacka alla de som har hjälpt oss att göra detta möjligt.
Ett speciellt tack till:

Ronny Eriksson som gav oss denna uppgift och har hjälpt oss med idéer samt
testandet av styranordningen.

Allan Johansson som har hjälpt oss med de problem som vi har stött på under
tillverkningen av styranordningen.

Kenneth Andersson som har varit till stor hjälp med handledning under arbetets
gång.

Mats Åsgård som har gett oss handledning med beräkningar.

Erik Hemming, Fanny Sonntag, Tanja Vaara, och Erik Olofsson Augustsson
som har språkgranskat denna text.

Rebecca Mattsson som har bjudit på kaffe när det har behövts som mest.
6
1. INLEDNING
1.1. Varför har vi valt detta ämne?
Vi har valt att skriva och forska i ämnet vindroderstyrning. Detta är ett intressant ämne
för att ingen riktigt har lyckats med att få en vindstyrningsanordning att fungera med en
robotsegelbåt tidigare. Det kanske känns lite ambitiöst men vi känner att detta är fullt
genomförbart. Teknologin finns redan där ute för ensamseglare men där så ställs allt in
manuellt. Vår utmaning med detta är att konstruera något som är både pålitligt och
starkt och kan skötas av en dator men som ändå inte väger för mycket.
Något som också lockade oss att engagera oss i detta ämne är att få vara bland de första
i världen med något. Vi kan faktiskt vara med på ett projekt som kan vara mycket
viktigt i framtiden. Om robotsegelbåtar senare utrustas med t.ex. ett ekolod så skulle
man kunna använda dessa båtar för att söka efter försvunna fartyg eller flygplan. Detta
skulle spara oändligt mycket pengar men framförallt underlätta sökningsarbeten
väsentligt. Om denna teknologi hade existerat när t.ex. DC-3:an blev nerskjuten i
Östersjön 1952 (Jallai, 2015) eller nu nyligen när Malaysia Airlines Flight 370 (CBS
News, 2015) försvann så hade man möjligen kunna hittat flygplanen mycket fortare.
Dagens teknik det förvisso enklare att hitta försvunna flygplan nu när det finns
traspondrar ombord. Men som med Malaysia Airlines Flight 370 så ser man att det
fortfarande händer att flygplan kan försvinna spårlöst.
1.2. Historia
1.2.1. The Microtransat Challenge
Intresset för robotsegelbåtar startade år 2005 då Dr. Mark Neal från Aberystwyth
Universitet och Dr. Yves Briere från The Institut Supérieure de l’Aéronautique de
l’Espace (ISEA) startade The Mictrotransat Challenge (The Mictrotransat Challenge,
2005). Denna tävling handlar om att vara först över Atlanten med en segelbåt som helt
styrs av en dator. Man skall alltså bara behöva skriva in ett par koordinater som båten
skall ta sig till i systemet. Sedan skall båten kunna segla helt på egen hand. Den skall
klara av att ta sig från punkt A till punkt B oberoende av vindriktning och strömmar. En
7
viktig regel i tävlingen över Atlanten är att båten inte får vara längre än 4 meter i
vattenlinjen (TMC Rules, 2010).
Det har redan gjorts ett flertal olika försök av olika lag i världen och alla har hitintills
misslyckats. Första försöket gjordes redan 2010 av Aberystwyth University som
lyckade ha båten ute på sjön 18 dagar innan de tappade kontakten med båten den 29:e
september 2010. Den blev aldrig återfunnen (TMC History, 2010).
Varje år strålar alla lagen samman i någon del av välden på en konferens som kallas för
WRSC (World Robotic Sailing Championship). De som har haft möjlighet att forska
vidare om något ämne som har med robotsegelbåtar att göra brukar får tid att presentera
sin uppsats och/eller publikationer samt att de presenterar sina lag och båtar. Detta följs
sedan av ett par dagars tävlingar. Varje tävling har olika moment som skall göras, detta
för att kunna se vilken båt som är mest mångsidig. T.ex. funderarde de på att ha en gren
där de sänker ner något under vattenytan och så ska segelbåtarna kunna hitta detta
föremål men dock så blev inte denna gren av. Det skapades istället en gren där båtarna
skall åka i ett sicksack-mönster över en viss area, detta ska då symbolisera ett sökande.
Det finns även grenar som handlar om långseglingar och liknande (Rules and
disciplines WRSC, 2015).
1.2.2. Högskolan på Ålands robotsegelbåtar
Högskolan på Åland har varit delaktiga i TMC sedan 2013. Tre båtar av olika storlekar
har redan satts i vattnet med olika resultat.
ÅSR (Åland Sailing Robot) har gjort försök att få två stycken en
meter långa båtar (se figur 1) att segla på egen hand. Dessa är
elektriskt ombyggda från en vanlig radiostyrd segelbåt. De har
även köpt in en 4 meter lång segelbåt, en så kallad Mini 12:a (se
figur 2). Denna har också sjösatts och testats genom att låta en
dator styra den. Det är på denna båt som vi kommer att montera
vår styranordning.
Figur 1. Prototyp 1, Ocean Star
8
ÅSR har även skapat ett samarbete med Finn Flyer där de har skalat ner en av sina
existerande segelbåtsmodeller till en storlek så att den är 4 meter lång i vattenlinjen
(Finn Flyer, 2015).
ÅSR-teamet har fått båtarna att segla och ta egna beslut men inte riktigt klarat av några
längre seglatser ännu.
1.3. Syfte och frågeställningar
Syftet med arbetet är att undersöka olika möjligheter för en energisnål styrenhet för
robotsegelbåten Mini 12:an som ägs av ÅSR. Vi har fått i uppdrag av Högskolan på
Åland att undersöka och försöka förverkliga en styranordning till ÅSR som kommer att
spara väsentligt på strömförbrukningen ombord. Vi har fördjupat oss i ämnet
styranordningar och valt en variant av dessa som mötte våra behov. Vi har även byggt
en variant av den som vi sedan har monterat på ÅSR:s båt, Mini 12:an. Vi har även
utfört tester med denna styranordning i vatten. Styranordningen har anpassats så att den
går att flytta över till andra segelbåtar om så skulle behövas. Vi har konstruerat
styranordningen så att den i framtiden kommer att kunna styras av en dator via en
elmotor.
Följande frågeställningar har använts:

Vilken konstruktion är mest lämplig för detta syfte?

Hur kommer konstruktionen vi väljer att fungera?
Vi har valt att avgränsa arbetet till att ta fram en lämplig lösning och konstruera denna
styranordning. Vi kommer inte att koppla på någon elmotor för att kunna styra denna
styranordning och vi kommer inte heller att utrusta styranordningen med någon annan
elektronik.
1.4. Metod
Det finns redan ett antal olika anordningar som ensamseglare använder. Dessa hjälper
ensamseglaren att hålla båten på rätt kurs under långa seglatser men måste justeras
manuellt. Vi har därför tagit reda på vilken lösning som fungerar bäst för vår
datorstyrda båt och fick kunskap om en styranordning som heter Windvane. Det visade
9
sig att just den här typen av styranordning skulle passa oss väl. Det eftersom denna
styranordning använder sig av både vind- och vattenkraft för att styra huvudrodret på
båten.
Vi behövde också undersöka vilka krafter som Mini 12:ans roder utsätts för vid olika
rodervinklar. För att lyckas med det undersöktes olika NACA-profiler för att kunna ta
reda på lyft- och dragkoefficienterna. Lyftkraften är den kraften som trycker på sidan av
rodret när man gör en vinkeländring på rodret. Det är den kraften som får båten att gira.
Dragkraften är rodrets motståndskraft, med andra ord kraften som saktar ner båten.
NACA-profil är en standard på formen av ett roder. Om man tittar på ett roder uppifrån
(se figur 4) så ser man rodrets NACA-profil. Med hjälp av dessa koefficienter kunde vi
göra beräkningar på Mini 12:ans krafter så att vi sedan kunde dimensionera den valda
styranordningen för att kunna övervinna dessa krafter som huvudrodret belastas med.
Om styranordningen är underdimensionerad, kommer krafterna från huvudrodret att
övervinna kraften från styranordningen och då kommer styranordningen inte att fungera
på ett önskat sätt. Vi undersökte även vilket material som skulle kunna vara lämpligt att
använda. Materialet bör vara korrosionståligt inom marina miljöer så att vi inte får
problem med rost.
För att kunna tillverka denna konstruktion, gjorde vi ritningar i AutoCAD som skulle
fungera som riktgivande ritningar. Vi kunde sedan se på dessa hur vi skulle gå tillväga
under tillverkning av styranordningen. Dessa ritningar ritades om efter att
styranordningen var färdig så att de är uppdaterade och korrekta. Dessa ritningar kan ni
se i slutet på detta arbete.
10
Vi tillverkade ett exemplar av en styranordning som består av följande huvuddelar:

vindflöjel samt fästet den sitter fast på

växeln som ändrar den upp- och nerpendlande rörelsen från vindflöjeln till
rotationsrörelse för att ändra på vinkeln av det lilla rodret

lilla rodret som tar vara på vattenkraften när båten åker genom vattnet och
omvandlar denna till en sidorörelse som i sin tur styr huvudrodret

upphängningen för att fästa styranordningen till Mini 12:an

rorkult fäst till hjärtstocken för att kunna fästa tampar från lilla rodret.
För tillverkningen av styranordningen använde vi oss av följande metoder:

svarvning av olika komponenter i stål och plast

TIG-svetsning av syrafast stål

inplastning av vindflöjlar med glasfiberarmerad polyester

plasmaskärning för tillverkning av diverse komponenter

borrning av hål med pelarborr eller svarv.
11
2. FÖRARBETE
Förarbetet är en mycket viktig punkt i vårt arbete. Här kommer vi gå igenom hur vi har
tänkt och hur vi har gått till väga för att kunna planera och utföra bygget av
styranordningen. Det är ett par viktiga punkter för det här arbetet, så som vilken båt vi
ska montera styranordningen på och vilka krafter som behövs för att ändra vinkeln på
båtens roder, som vi kommer att beskriva i det här kapitlet. Vi skall även gå igenom hur
vi har tänk när vi har valt den styranordnignen som vi har valt.
2.1. Mini 12:an
Modelen Mini 12:an är en av världens minsta enmanssegelbåtar med fast köl (se figur
2) och det är en sådan segelbåt som ÅSR äger och jobbar med för att få självseglande.
Den är precis under 4 meter i vattenlinjen så att den ska klara av kriterierna för att vara
med i TMC (The Mictrotransat Challenge, 2005). Det är denna båt vi kommer att arbeta
med.
Figur 2. Mini 12:an (Åland Sailing Robot, u.d.)
För att kunna räkna ut dimensioner för axlar och kugghjul för vindrodret som skall styra
mini 12:an så behöver vi först ta reda på vilka krafter som mini 12:ans roder kommer att
12
utsättas för. Vi måste också ta reda på vilket material som bäst lämpar sig för detta
ändamål.
För att räkna ut krafterna som rodret utsätts för så satte vi oss in i NACA-profiler och
vad detta är för något. Efter mycket sökande så hittade vi en bra hemsida om NACAprofiler (O'Donnell, 1997). Med våra efterforskningar så kunde vi ta reda på vilken
NACA-profil som Mini 12:ans roder har. Det vi behövde nu var att ta reda på ett par
mått på rodret. I maskinlaboratoriet vid Ålands sjömanskola, där båten bevaras
vintertid, ritade vi av hur rodret ser ut uppifrån (NACA-profilen) och även rodrets
sidoprofil.
Vi mätte upp rodret och fick följande resultat:

längd = 21 cm

bredd = 3,15 cm

höjd = 60,46 cm.
När detta var gjort tog vi en bild på rodret och använde oss av programmet AutoCAD
för att rita av bilden och med hjälp av programmet räkna ut arean för rodret (se figur 3).
Med hjälp av AutoCAD kunde vi få fram den uppmätta arean på rodret som är 115 691
mm2 som motsvarar ca 0,1157 m2.
13
Figur 3. Area på Mini 12:ans roder i mm2
Efter att vi hade mätt rodret så kunde vi undersökta vad det var för profil vi hade i det
befintliga rodret. Detta får man lätt reda på genom att ta bredden genom längden.
31,5 mm/210 mm = 0,15.
Med det svaret så visste vi att det befintliga rodret har profilen NACA 0015. 00 i 0015
står för att rodret ser exakt lika dant ut på båda sigor av mittlinjen. NACA-profiler
används även i flygplansvingar och där har man inte 00 i NACA-profilnumrena. Där
vill man endast ha stor lyftkraft under vingen men i sjön när man bygger roder så vill
man ha ett roder som ger lika mycket lyftkraft åt båda hållen.
Vi ritade denna i AutoCAD för att få en mera överskådlig blick över vad vi har för roder
på Mini 12:an (se figur 4).
14
Figur 4. Längd och maximala bredden på Mini 12:ans roder sätt uppifrån
I nästa steg gjordes beräkningarna för att ta reda på vilka krafter som påverkar rodret.
Följande formler användes för att räkna ut krafterna (Zander, 2010):
Enhetsbeskrivning:

FL = Lyftkraft

FD = Dragkraft

ρ = Vattnets densitet

v = Båtens hastighet genom vattnet i m/s

A = Rodrets area

CL = En konstant för lyftkraften

CD = En konstant för dragkraften.
15
Drag- och lyftkoefficienternas värden kan utläsas ur diagrammet i bilaga 1. Även en
tabell gjordes över ett antal olika rodervinklar med tillhörande koefficienter (se tabell
1).
Tabell 1. Koefficienter för drag- och lyftkraft vid ett antal olika vinklar (Eastman & Ira, Report No. 669, 1939)
Rodervinkel i grader gentemot
CL NACA 0015
vattenflödetsriktningen
CD NACA 0015
0,00
0,00
0,010
4,00
0,30
0,016
8,00
0,60
0,029
12,00
0,90
0,059
16,00
1,15
0,092
20,00
1,35
0,120
21,00
1,29
0,150
24,00
1,10
0,290
Tabellen påvisar att det räcker bra med att bara räkna på krafter upp till 24° roderutslag.
Detta för att efter 20° roderutslag så sjunker CL-värdet vilket innebär att den tappar
”lyftkraft”, rodret börjar stalla.
2.2. Val av styranordning
2.2.1. Kriterierna för val av styranordning
När vi fick uppdraget att konstruera en vindstyrningsanordning för ÅSR:s Mini 12:a
hade vi ingen aning om hur dessa såg ut eller hur vi skulle gå tillväga.
Vi behövde bestämma vilka kriterier som styranordningen behövde uppfylla för att vi
skulle välja just den. Vi kom fram till att styranordningen måste kunna hålla båten på
rätt kurs så länge vinden inte ändrar riktning. Datorn som kommer att styra båten skall
kunna ändra kurs beroende på vindriktning och önskad färdriktning genom vår
anordning. Den skall även kunna ändra på kursen när den har nått en given punkt.
Ett av de främsta kriterierna är att den skall vara så strömsnål som möjligt.
16
2.2.2. Differentialaxel
Vi tittade på en variant av styranordning där man använder sig av en differentialaxel
som skulle kunna ändra vinkel på Mini 12:ans befintliga roder beroende på
vindriktningen. Detta skulle vara en relativt enkel lösning för att skapa en styranordning
som även skulle kunna fungera enligt våra kriterier. Idén med denna styranordning var
att ta vara på vindkraften via en vindflöjel. Differentialaxeln skulle sen överföra kraften
till rodret och på så sätt styra båten. Dock har differentialaxlar en stor vikt och hög
friktion så den skulle bli alldeles för effektkrävande för att kunna fungera på ett
önskvärt sätt.
Det fanns även en problematik i att ändra på vindflöjelns vinkel gentemot rorkulten. Det
skulle krävas ganska effektkrävande bromsar för att kunna låsa rorkultens axel när
vinkeländringen skulle göras. Även för att kunna uppnå ett stabilt vinkelförhållande
krävs det en energikrävande mekanism.
På grund av alla dessa faktorer så kommer inte denna typ av styranordning att vara
speciellt strömsnål.
2.2.3. Windvane
Vi gjorde en del efterforskningar om vad ensamseglarna använder för system när de
seglar längre sträckor. Vi fick kunskap om en uppfinning som kallas för Windvane och
detta system såg idealiskt ut för oss. Den fungerar på ett sådant sätt att om båten
kommer ur kurs så kommer vinden få en vindflöjel att tippa. Denna vindflöjel ändrar
sedan vinkeln på ett litet roder som hänger akter om båten. Rodret knuffas då åt sidan av
kraften från vattnet tack vare sin vinkeländring och överför sedan kraften till Mini
12:ans roder via vajrar eller tampar.
Man kan då ändra kursen på båten genom att ändra vinkeln på vindflöjeln. Framkanten
på vindflöjeln kommer alltid att sträva efter att vara riktad mot vinden och därför är det
möjligt att kunna styra båten genom att ändra på denna vinkel.
Vi konstaterade att det är denna typ av vindstyranordning som vi var ute efter. Det vi
baserar detta beslut på är att det endast kommer att behövas en energisnål elmotor för att
17
kunna utföra ändringar på vinkeln av vindflöjeln relativt mot vinden. Det är även
fördelaktigt att denna styranordning använder sig av både vind- och vattenkraft.
Dock kommer vi behöva göra ett par modifikationer som gör att det finns möjlighet att
framtiden kunna installera en elmotor som utför vinkeländringarna.
2.3. Hur en Windvane fungerar
I detta kapitel kommer vi förklara hur en Windvane fungerar. Figur 5 visar i korta drag
hur det hela hänger ihop.
Figur 5. Funktionen av en Windvane (Loose Moose Filmworks, 2009)
18
När båten kommer ur kurs, eller vindriktningen ändras, kommer vinden inte längre att
blåsa rakt mot framkanten av vindflöjeln. Detta leder till att vinden pressar ner ena sidan
av vingen och får den att vika sig neråt. När båten sedan har kommit på rätt kurs eller
vinden vridit sig tillbaka, kommer vingen att stå rakt upp och båten seglar rakt igen.
Vingen är kopplad i ett stag som överför kraften till växeln. När vingen rör sig åt det
ena eller andra hållet så kommer växeln att överföra denna kraft till en rotationsrörelse
som roterar det lilla rodrets axel. På det sättet så ändras vinkeln på det lilla rodret.
Vinkeländringen på lilla rodret kommer att resultera i att vattenkraften lyfter/puttar
denna åt sidan. Detta för att rodret hänger på en fritt ledad axel så att den kan ”svinga”
under växeln.
Styrningen av Mini 12:ans roder sker på så sätt att när det lilla rodret åker åt sidan så
kommer den att dra i en vajer eller tamp som sitter ihopkopplad med Mini 12:ans
rorkult. Med andra ord styrs vindflöjeln av vinden som leder till att växeln ändrar på
vinkeln av lilla rodret som då trycks åt sidan och drar i vajrarna eller tamparna som styr
Mini 12:ans roder.
För att kunna använda denna typ av styranordning så måste den byggas på ett sådant sätt
att datorn kan ändra på vinkeln på vindflöjeln. För att kunna göra detta så ska vi bygga
styranordningen så att det senare går att installera en liten elmotor som kan styras av
datorn ombord. Datorn kan då ändra vinkeln på vindflöjeln och på så sätt styra båtens
färdriktning.
2.4. Beräkningar
För att kunna bestämma dimensioner på axlar och kugghjul måste vi först räkna på
krafter och hållfastheten i roder, vindflöjeln och axlar.
19
2.4.1. Roderberäkningar
Krafterna på Mini 12:ans roder måste beräknas beroende på vinkeln mellan rodret och
båtens färdriktning eller med andra ord kraftens riktning mot rodret. Eftersom
hastigheten påverkar kraften kvadratiskt så har vi räknat på krafterna på två olika
hastigheter.
För att räkna på detta så använder vi oss av formlerna som vi såg i kapitel 2.1 (Zander,
2010).
Teckenbeskrivning:

FL är ”lyftkraften”, alltså den kraften som trycker rodret åt sidan

FD är dragkraften, alltså motståndskraften som rodret skapar i vattnet

ρ = 1,006 ton/m3, detta är densiteten på Östersjövattnet
Detta värde har vi valt som ρ tack vare att det är 5-6 promille salt i Bottenhavet och 6-9
promille i Östersjön (SMHI, 2014) och vi kommer göra våra seglatser på Ålands hav
som är mitt emellan dessa hav.

v = båtens hastighet genom vattnet i m/s

A = 0,116 m2 (se figur 3)

CL- och CD-värden kan vi se i tabell 1 i kapitel 2.1 och i diagrammet i bilaga 1.
Nu när alla dessa värden är bestämda så kan vi räkna ut lyft- och dragkrafterna. Vi
kommer att räkna krafterna på rodret på 2 respektive 5 knop. Detta för att båten kommer
att ha en snitthastighet på 2 knop och maxhastighet på 5 knop (tabell 2 och 3 visar dessa
resultat). Vi använder oss av knop eftersom det är på sjön vi ska färdas men vi räknar
hastigheten i m/s och förhållandet mellan dessa är att 1 knop är ungefär 0,5144 m/s.
20
Tabell 2. Lyft- och dragkrafter på rodret i en hastighet på 2 knop
NACA 0015 i 2 knop
FL 0°
0,00
N
FD 0°
0,62
N
FL 4°
18,51
N
FD 4°
0,99
N
FL 8°
37,03
N
FD 8°
1,79
N
FL 12°
55,54
N
FD 12°
3,64
N
FL 16°
70,97
N
FD 16°
5,68
N
FL 20°
83,31
N
FD 20°
7,41
N
FL 23°
79,61
N
FD 23°
9,26
N
FL 24°
67,89
N
FD 24°
17,90
N
Tabell 3. Lyft- och dragkrafter på rodret i en hastighet på 5 knop
NACA 0015 i 5 knop
FL 0°
0,00
N FD 0°
3,86
N
FL 4°
115,71
N FD 4°
6,17
N
FL 8°
231,43
N FD 8°
11,19
N
FL 12°
347,14
N FD 12°
22,76
N
FL 16°
443,57
N FD 16°
35,49
N
FL 20°
520,72
N FD 20°
46,29
N
FL 23°
497,57
N FD 23°
57,86
N
FL 24°
424,29
N FD 24°
111,86
N
Beräkningar på lilla rodret utfördes med samma formler som för Mini 12:ans roder.
Enda skillnaderna är storlekarna på rodren och att Mini 12:ans roder har en NACA
0015-profil och lilla rodret har vi byggt med en NACA 0030-profil. Efter första testet så
bestämde vi oss för att bygga ett större roder med NACA 0021-profil. Detta kan läsas i
kapitel 5. För att kunna räkna vidare på dessa profiler så behövdes CL- och CD-värden
för just dessa profiler (se tabell 4 eller diagrammen i bilaga 2 och 3). Vi valde att bygga
det första rodret med en höjd på 150 mm, en längd på 100 mm och i en NACA 0030profil. Det andra rodret ville vi få tre gånger större lyftkraft från, detta pågrund av att vi
ville korta ner rorkulten från 100 cm till ungefär 33 cm. Den byggdes med en höjd på
250 mm, 150 mm lång och med NACA 0021-profil.
21
Tabell 4. CL och CD värden för de olika använda NACA-profilerna
CL NACA 0015
CD NACA 0015
CL NACA 0021
CD NACA 0021
CL NACA 0030
CD NACA 0030
0,00
0,010
0,00
0,013
0,00
0,019
0,30
0,016
0,27
0,017
0,26
0,020
0,60
0,90
1,15
1,35
1,29
1,10
0,029
0,059
0,092
0,120
0,150
0,290
0,55
0,81
1,07
1,20
1,20
1,01
0,030
0,057
0,089
0,122
0,150
0,267
0,50
0,73
0,92
1,00
1,02
0,98
0,030
0,057
0,100
0,170
0,240
0,320
Krafterna på det mindre av de två rodrena kan ses i tabell 5 och 6:
Tabell 5. Krafterna på lilla rodret i 2 knop vid ett antal olika stora roderutslag
NACA 0030 i 2 knop
FL 0°
0,00 N
FD 0°
0,15 N
FL 4°
2,08 N
FD 4°
0,16 N
FL 8°
3,99 N
FD 8°
0,24 N
FL 12°
5,83 N
FD 12°
0,46 N
FL 16°
7,35 N
FD 16°
0,80 N
FL 20°
7,99 N
FD 20°
1,36 N
FL 24°
8,15 N
FD 24°
1,92 N
FL 28°
7,83 N
FD 28°
2,56 N
Tabell 6. Krafterna på lilla rodret i 5 knop vid ett antal olika stora roderutslag
NACA 0030 i 5 knop
FL 0°
0,00 N
FD 0°
0,95 N
FL 4°
12,98 N
FD 4°
1,00 N
FL 8°
24,96 N
FD 8°
1,50 N
FL 12°
36,44 N
FD 12°
2,85 N
FL 16°
45,93 N
FD 16°
4,99 N
FL 20°
49,92 N
FD 20°
8,49 N
FL 24°
50,92 N
FD 24°
11,98 N
FL 28°
48,92 N
FD 28°
15,97 N
Krafterna på det större av de två två rodrena kan ses i tabell 7 och 8:
22
Tabell 7. Krafter på det större av de byggda rodrena i 2 knop
NACA 0021 i 2 knop
FL 0°
0,00 N
FD 0°
0,26 N
FL 4°
5,39 N
FD 4°
0,34 N
FL 8°
10,98 N
FD 8°
0,60 N
FL 12°
16,17 N
FD 12°
1,14 N
FL 16°
21,37 N
FD 16°
1,78 N
FL 19°
23,96 N
FD 19°
2,44 N
FL 20°
23,96 N
FD 20°
3,00 N
FL 24°
20,17 N
FD 24°
5,33 N
Tabell 8. Krafter på det större av de byggda rodrena i 5 knop
NACA 0021 i 5 knop
FL 0°
0,00 N FD 0°
1,62 N
FL 4°
33,70 N FD 4°
2,12 N
FL 8°
68,64 N FD 8°
3,74 N
FL 12°
101,09 N FD 12°
7,11 N
FL 16°
133,54 N FD 16°
11,11 N
FL 19°
149,76 N FD 19°
15,23 N
FL 20°
149,76 N FD 20°
18,72 N
FL 24°
126,05 N FD 24°
33,32 N
Som man kan se om man jämför tabell 5 med tabell 7 och tabell 6 med tabell 8 så ser vi
att det större av de två rodrena tar upp tre gånger större lyftkraft.
2.4.2. Hållfasthetsberäkningar
För att kunna avgöra vilka dimensioner på material som behövdes så utfördes
beräkningar på moment och hållfasthet på de axlar som kommer att ta upp störst
moment.
Den delen som kommer att ta upp de största påfrestningarna är axeln som går från
växeln till lilla rodret. För att kunna räkna ut detta så måste vi veta kraften som lilla
rodret ger och även kraften som behövs för att få ett roderutslag på Mini 12:ans roder.
Dessa krafter har vi redan räknat ut i kapitel 2.4.1.
23
Eftersom vi hade gjort beräkningar på Mini 12:ans roder och fått fram den teoretiskt
största kraften som påverkar detta roder vid 5 knop och även beräknat den maximala
lyftkraften av det större av de lilla rodren för 5 knop. Vi använde oss av värdena som vi
fick från 5 knops beräkningarna för att beräkna hållfastheten.
Beräkningar som gjordes på hållfastheten av lilla rodrets axel samt krafter som påverkar
den och på vilka avstånd dessa verkar kan ni se här nedan.





F1 = 149,760 N - Kraften från lilla rodret
RB = Kraften från Mini 12:ans roder som räknas ut i figur 6
L1 = 0,770 m - Längden från växeln till mitten av lilla rodret
L2 = 0,370 m - Längden från växeln till fästpunkten
L3 = 0,400 m - Längden från fästpunkten till mitten på lilla rodret
I figur 6 här nedan kan ni se tvärkraftdiagram samt momentdiagram för vinkeln α där
rodret har de största påkänningarna (α = 28,4°). Även punkten där lilla rodret är
upphängt samt där de olika krafterna påverkar den kan ses till vänster i figur 6.
I diagramen i figur 6 kan ni se de största krafterna som påverkar rodret samt vad det
största böjmomentet blir.
Till vänster i figur 6 så visas distanserna mellan de olika punkerna som tar upp någon
form av kraft och även vilka krafter som påverkar rodret.
Högst upp till höger i figur 6 ser vi samma roder med samma mått fast i den maximala
vinkeln som rodret kommer att ha i vattnet. Bilden under har alla mått med en cosinus
ändring. Det är alltså rodrets längd i x-riktning från bilden över.
Bilden under visar tvärkrafterna som påverkar rodret. Uträkningarna för dessa krafter
kan ses i underkapitlet kraftberäkningar.
Hållfasthetsberäkningarna är gjorda för punkten B där böjmoment är som störst.
24
Kraft- och momentberäkningar
→: 0
↓: F1 * cos(α) + RA - RB = 0
F1 är känd men RA och RB är fortfarande obekanta. Vi går därför vidare genom att räkna
ut momentet runt punkt RA.
Momentberäkning runt punkt A:
( )
( )
( )
Som omvandrals till:
( )
( )
( )
( )
(
)
Nu när vi har räknat ut krafterna i punkten RB betyder det att vi bara har en obekant i
formeln för att räkna ut den sista kraften i y-riktningen. Således blir formeln för RA:
( )
(
)
För att räkna ut maximalaböjmomentet används areaberäkningar. Förhållandet mellan
tvärkraften och maximala momentet förhåller sig så att man kan räkna på arean som
tvärkraftdiagramet skapar. Area1 och area2 räknades enkelt ut genom att ta kraften
multiplicerat med längden som ni kan se i övre vänstra sidan i figur 6.
25
Figur 6. Kraft- och momentberäkningar som påverkar det större av de lilla rodrena
Hållfasthetsberäkningar
För att beräkna σböj användes följande formel:
26
Vi beslutade oss för att använda ett rör med ytterdiametern D = 21,3 mm och
innerdiametern d = 17,3 mm. Med dessa mått kan vi räkna ut σböj.
(
)
Materialet som användes i bygget har ett σ0,2 på 190 MPa, och med formeln för
säkerhetsfaktor
, fås säkerhetfaktorn till ca 2,20. Se beräkningen nedan.
2.5. Val av material
Material som skall användas för tillverkning av vindstyrningen behöver vara både
hållbart och stå emot korrosion. Eftersom vidstyrningen kommer att sitta på en
robotsegelbåt (som i sin tur kommer att vara ute till havs i flera månaders tid) måste
konstruktionen vara hållbar och inte kräva underhållsarbeten där emellan. Detta är
viktigt för att det inte finns möjlighet till att utföra någon slags underhållsarbeten under
tiden robotsegelbåten befinner sig till havs. De underhållsarbeten som skulle kunna
behövas om vanligt kolstål används, kan t.ex. vara smörjning av lager, kugghjul och
rostborttagning.
När dessa olika saker togs i beaktande så bestämdes materialet till syrafast stål, EN10088-3 för att vara mer exakt. Denna stålsort används för alla axlar och
upphängningen. Det enda stället där det inte används är växelns kugghjul där vi
27
använder vanligt kolstål (SIS 1450-1) från en differentialaxel. Om vår konstruktion
fungerar som den ska kommer vi att byta ut dessa mot något som passar bättre, som
t.ex. brons. Brons har ett bra korrosionsmotstånd och därför är det ett mycket bra
material att använda till en robotsegelbåt.
POM Polyacetal valdes som material för de glidlager som kommer att sitta vid
infästningen av vindflöjeln till upphängningen, samt genomföringen av axeln till lilla
rodret från växeln. Den sortens glidlager valdes på grund av att det inte rostar. Lagrena
kan ses i figur 7.
Figur 7: Glidlagren på plats mellan kopplingen av vindflöjeln till upphängningen, samt axelgenomföringen vid
växeln
För- och nackdelar med de olika materialen:
Syrafaststål:
Positivt
Negativt
bra motstånd mot korrosion
svårbearbetat
hållbart
hyfsad lättillgänglighet
hyfsad lättillgänglighet
dyrt
kräver inget underhåll
tungt
Vanligt stål för kugghjul:
Positivt
Negativt
28
Billigt
Dåligt korrosionsmotstånd (rost)
Lättillgängligt
Kräver underhåll
Lättbearbetat
Tungt
Brons till kugghjul:
Positivt
Negativt
Hållbart
Dyrt
Kräven inget underhåll
Dålig tillgänglighet
Bra korrosionsmotstånd
POM polyacetal som glidlager:
Positivt
Billigt
Hållbart
Lättbearbetat
Lättillgängligt
Negativt
Inte så hårt material, det vill säga att om
ytorna som glider mot detta material inte
är raka kan det orsaka stort slitage på
lagrena.
Viktmässigt lätt material
Divinycell
Detta material användes för att bygga vindflöjlarna som ni kan läsa om i kapitel 3.1.1.
Positivt
Negativt
Viktmässigt lätt material
Dyrt
Tål de starka ämnena som används till
glasfiber
Inte så starkt material
Lättbearbetat
Bra utfyllnadsmaterial
Glasfiber
Positivt
Negativt
Viktmässigt lätt material
Kan vara svårarbetat runt skarpa kanter
som vi har på flöjlarna
Hårt material
29
2.6. Hur olika delar påverkade val av material
De delar som inte utsätts för större krafter dimensionerades enligt vad som var
tillgängligt eller passade ihop med t.ex. de lagertyper som valdes. De delar som styrdes
enligt val av lagertyp var de olika axlarna samt de olika rör som användes till fästning
av vindflöjeln och kugghjulen.
30
3. KONSTRUKTION
Vi skall i detta kapitel beskriva hur vi gick tillväga under konstruktionsarbetet.
3.1. Vindflöjeln och fäste
3.1.1. Vindflöjlar
Vi gick tillväga på så sätt att vi först kapade upp en rundstav som har en diameter på 6
mm och svetsade sedan ihop denna till en ram. Tanken var att ha en framkant som var
några mm tjockare än resten av flöjeln men i brist på material så blev ramen lika tjock
runt hela. Även ett plattjärn med tjockleken 4 mm svetsades fast i ramen (se figur 8). I
detta plattjärn borrades sedan två hål för att lätt kunna fästa vindflöjeln i sitt fäste. Vi
svetsade inte fast vindflöjeln i axeln som den skall vara fäst i för att vi lätt skulle kunna
byta ut den om den t.ex. skulle gå sönder eller utifall vi har valt en dålig konstruktion.
Figur 8. Ram och fästplåt
När detta var gjort så virades ett par varv av glasfiber runt framkanten för att få denna
till att bli någon millimeter tjockare än resten av vindflöjeln. När glasfiberet hade torkat
slipades det bort ojämnheter och ytan rengjordes (se figur 9). Det är viktigt att detta
görs för att nästa lager skall få ordentligt fäste.
31
Figur 9. Glasfiber virat runt framkanten
Nu lades det glasfiberdukar över hela flöjeln för att täcka till mellanrummet. Detta
gjordes först med två lager duk som fick torka. Duken som lades på var
överdimensionerad för vi skulle vara säkra på att den skulle täcka hela hålet. Den
hängde därför över på andra sidan. Materialet som hängde över fick vi ta bort med hjälp
av en vass kniv. Sedan slipades detta lager så den fick en fin yta innan nästa lager skulle
på. Även detta lager var överdimensionerat av samma anledning och även detta lager
lades på med två lager duk som också den fick torka ordentligt innan den skars till och
putsades upp (se figur 10).
Figur 10. Inplastad vindflöjel
32
Denna vinflöjel blev dock inte som vi ville. Den blev tung och även för liten, som vi
märkte vid ett senare skede. Detta löste vi med att göra tre nya vindflöjlar. Denna gång
struntade vi i stålramen och använde oss istället av divinycell som stödmaterial (se
vänstra bilden i figur 11). Divinycell är ett väldigt lätt material som även tål den starka
blandningen som man använder till glasfiber. Divinycellen kapades upp i tre olika
storlekar som vi sedan lade två lager glasiber över och även målade med PowerCoatfärg som är väldigt bra i marima miljöer (Färggrossen, 2015) (se figur 11).
Figur 11. Vindflöjlarna
3.1.2. Fästet
Grunden för hur fästet fungerar ligger i att vindflöjeln med lätthet skall kunna svänga
fram och tillbaka i fästet. Den skall med andra ord vara så fiktionsfri som möjligt. Detta
löste vi med nållager mellan röret och axeln. Axeln skall då träs igenom röret med de
nållagrena emellan. För att se till att nållagrena förblir bra fyllde vi upp mellanrummet
mellan röret och axeln med fett.
Vi valde nållager för fästet som är 14x20x12 mm vilket betyder att den har en
innerdiameter på 14 mm, ytterdiameter på 20 mm och att den är 12 mm bred. Dock hade
vår stålleverantör inte en syrafast axel som hade en diameter på 14 mm men dem hade
istället en axel som hade en diameter på 16 mm. Vi tog då denna axel och svarvade ner
den till 14 mm så att vårt nållager skulle passa. De hade inte heller ett syrafast rör med
33
rätt innerdiameter, men vi fick tag i ett rör som har en innerdiameter 18,5 mm och en
ytterdiameter på 22 mm. Vi svarvade då ur röret så att vi fick en innerdiameter på 20
mm men svarvade då endast 12 mm in. Detta medför då att nållagrena kommer att ligga
på plats på båda ändor av röret.
Sedan påbörjades tillverkningen av grundplåten som vi sedan skulle fästa axeln och det
tillhörande röret i. Vi började med att kapa ut en rektangel ur en syrafast plåt med
plasmaskäraren som fick måtten (260x140x3) som sedan skulle bockas. Tyvärr var
bockmaskinen designad för att endast klara av max 2 mm tjocka plåtar och då vi hade
en plåt som var 3 mm tjock så blev det så att bockningen fick göras för hand med
skruvstäd och gummiklubba, resultatet kan ses i figur 12.
Figur 12. Färdigbockad plåt
Det som gjordes nu var att vi kapade bort kanterna för att minimera risken att något
skall fastna i kanterna. Det borrades två hål i vardera sida av plåten så att axeln kommer
att sitta i en vinkel gentemot botten. Den här vinkeln är där för att man vill ha
framkanten på vindflöjeln lite högre upp än bakkanten.
Som det skrevs tidigare så behövde vi svarva ner axeln som sitter i röret på bilden i
figur 13. Denna svarvades ner så att den fick en diameter på 14 mm. Den skulle sedan
fästas på ändarna av plåten med två stycken M8 bultar. Vi borrade ur ändarna på axeln
och gängade dessa.
34
Sedan svarvade vi ner röret så att den fick den rätta innerdiametern, även två glidlager
av polyacetal svarvades till, dessa ser ni i figur 13 på båda sidor av röret.
Figur 13. Fästet med axel och lager
Nu när allt detta var på plats behövdes bara ett sätt att kunna fästa vindflöjeln. Vi gjorde
så att vi svetsade på två plåtbitar på röret som man kan trä ner vindflöjeln i. I dessa
plåtar borrades det två hål så att man kan fästa flöjeln med två bultar. Det svetsades
även på ett stag för kraftöverföringen till växeln (se figur 14).
Figur 14. Färdigt fäste och även med staget för kraftöverföringen
En motviktsarm svetsades på för att få vindflöjeln att stå upp av sig själv när vinden
ligger rakt på framkanten av flöjeln eller när det slutar blåsa. På denna arm kan vi sätta
på eller ta bort olika tunga vikter så att motvikten blir anpassad för den vindflöjeln som
sitter på just då (se figur 15).
35
Figur 15. Flöjfäste med motviktsarm
3.2. Tillverkning av växeln
För tillverkning av växeln valdes en 3 mm tjock plåt av syrafaststål (EN 10088-3). Vi
använde oss av kugghjul av vanligt stål (SIS 1450-1) på grund av att detta endast är ett
testexemplar. Om växeln inte fungerar så som vi har tänkt så har vi inte spenderat allt
för stora pengar för att köpa något som sen inte kan användas. Tanken är att om vår
växel fungerar som den ska så ska kugghjulen bytas ut mot måttbeställda kugghjul av
brons eller annat material som inte är känsligt mot korrosion i saltvatten.
Vi kapade ut en bit av plåten (punkt 3 i figur 16) som skulle bli ”växelhuset”. Denna
plåt kommer sedan att hålla fast axlarna med kugghjulen. Punkt 2 i figur 16 visar axeln
som tar upp vindflöjelns rörelser och omvandlar denna till en vinkeländring på lilla
rodret via kugghjulen. Plåten håller även upp lilla rodret (man kan se axeln till lilla
rodret som punkt 4 i figur 16).
Växeln är designad för att kunna göra en pendlande rörelse. När lilla rodrets vinkel
ändras kommer lilla rodret att ta upp kraften från vattnet som kommer att trycka lilla
rodret åt sidan.
När vi hade kapat ut en plåtbit som var i rätt storlek borrades det tre hål för
genomförning av axlarna (Se punkt 1 i figur 16).
36
Figur 16. Första ihop montering av växeln till vindstyrningen
3.2.1. Kugghjul till växeln
Vi använde oss av kugghjul från en differentialaxel från en fyrhjuling, kugghjulen satt
fastgjutna i axlarna som satt inuti differentialknuten. Detta ledde till att vi var tvungna
att kapa loss det mindre kugghjulet från sin axel så att vi sedan kunde svetsa fast den i
axeln som är 30 mm i diameter. Vi borrade och svarvade ut ett hål i kugghjulet tills den
hade ett hål på 30 mm i diameter så vi kunde föra in axeln i kugghjulet (Se figur 17).
37
Figur 17. Finslipning av det uppsvarvade hålet i kugghjulet
Det större kugghjulet som används för lilla rodrets vinkeländring var betydligt mycket
lättare att anpassa enligt vårt behov. I detta fall var inte kugghjulet fastgjutet i axeln utan
denna kunde tas loss från den befintliga axeln. Så vi plockade loss kugghjulet och
kapade bort en bit av axeln som kugghjulen satt på sedan tidigare. En del av axeln från
kugghjulet sparades. Detta för att då kunde vi lätt trä på axeln från lilla rodret över
denna och sedan fästa fast dessa två med hjälp av en genomgående bult.
3.2.2. Axlar som används
I brist på annat material till röret som axeln skall igenom fick vi använda oss av en
massiv axel som vi borrade och svarvade ur så att nållagrena skulle passa. Först borrade
vi hål med en mindre borr då det skulle vara väldigt slitsamt för verktygen att borra ett
22 mm stort hål direkt. På detta sätt sparar man på verktygen och materialet överhettas
inte alldeles för mycket. När hålet var borrat rakt igenom (se figur 18), svarvades
innerdiametern till 24 mm så att den skulle passa för den valda lagertypen. Vi svarvade
innerdiametern till 24 mm fast endast ca 20 mm i så att lagren sedan skall sitta stabilt på
plats inuti röret.
38
Figur 18. Borrning av den massiva axeln med 30 mm ytterdiameter
Den axeln som sedan skulle gå igenom röret var 20 mm i diameter från början. Men den
lagertypen som vi har valt, har måtten 18 x 24 mm. Det vill säga att den har en
innerdiameter på 18 mm och ytterdiametern på 24 mm. Så detta ledde till att vi behövde
svarva ner axeln till en diameter på 18 mm (Se figur 19).
Figur 19. Svarvning av axeln från 20 mm till 18 mm i diameter
39
Efter delarna hade de önskade dimensionerna för att kunna passa ihop med
upphängningen samt de nållager som valdes för att användas i detta projekt, var det
dags att göra gängor till den axeln med 18 mm i diameter. Detta gjordes genom att fästa
axeln i svarven och borra ett hål som blev ungefär 60 mm djupt på båda sidorna. Det
borrades ett litet hål med hjälp av en dubbhålsborr, detta gjordes för att man ska få hålet
exakt på mitten av axeln (se figur 20). Detta underlättar senare när man skall borra med
en längre borr som kan vara lite vinglig i början.
Figur 20. Borrning av centrumhålet med en dubbhålsborr
När centrumhålet var borrat, borrades ett hål med diametern 6,8 mm, det vill säga den
diametern som skall användas när man gör invändiga gängor för en M8-skruv. När hålet
var borrat på båda sidorna, var det dags att göra de invändiga gängorna. För tillverkning
av de invändiga gängorna, använde vi oss av tre olika gängtappar. Den första
gängtappen har väldigt grova skärytor, men den skär inte gängorna så djupt. Den andra
gängtappen är konstruerad för att göra lite djupare gängor och gå i samma spår som tapp
nummer ett. Den tredje gängtappen som vi använde oss av, har samma profil som en
skruv och denna skär då djupet av gängan så att en vanlig skruv sedan kan skruvas in i
40
den. Man kan använda sig av enbart två olika gängtappar för att göra gängor som en
skruv sedan kommer att passa i. Eftersom vi använder oss av syrafast stål som är ett
väldigt hårt material och man uppnår bästa resultat i gängorna genom att skär bort lite
material åt gången så använde vi oss av tre olika gängtappar. Här nedan kan ni se en
bild av de olika gängtapparna samt hur gängorna tillverkades (figur 21).
Figur 21. Gängtappar och gängning av axel
3.2.3. Montering av växeln
När alla delar var tillverkade, kunde vi sätta ihop växeln och säkerställa att alla delar
passade ihop så som det var menat. Växeln sattes ihop med alla tillhörande delar så som
axeln, röret, lagren, kugghjul och själva växelhuset. När vi hade konstaterat att växeln
fungerade som den skulle ställde vi in lilla kugghjulet sidledes så att det blev ett bra
glapp mellan kugghjulen. Vi vill ha ett så litet glapp som möjligt för att förbättra
kraftöverföringen men inte så litet att det skapas massa onödiga friktionskrafter. När vi
hade hittat ett bra läge för kugghjulet markerade vi upp var den skulle sitta och svetsade
fast den. Vi svetsade fast kugghjulet med bara några punktsvetsar för att underlätta för
framtida projekt då kugghjulen skall bytas ut mot kugghjul som är tillverkade av brons.
När alla delar satt ihop var det dags att börja tillverkningen av upphängningen som
allting sedan ska sitta fast i.
3.2.4. Kraftöverföring från vindflöjeln till växeln
För att kunna överföra vindflöjelns pendlande rörelse till rotationsrörelse i växeln krävs
det ett stag som kopplar ihop de två olika mekanismerna. Vi kunde inte skaffa fram
färdigt producerade delar som skulle kunna fungera på ett önskvärt sätt. Vår lösning på
41
detta problem blev att svetsa fast ett stag på axeln som håller i vindflöjeln (se figur 14
eller nr 1 i figur 22) och en bricka längst ut på det staget. Samma sak gjordes på axeln i
växeln (se nr 2 i figur 22).
Figur 22. Växel med utmarkerade stag
Sedan för att kunna koppla samman dessa behövde vi ett stag för att överföra krafterna.
Vi svetsade sedan på vanliga brickor i ändorna av två metallstag så att vi sedan kunde
använda dessa som gångjärn (se figur 22). Vi förde in en skruv igenom dessa och låste
fast med en mutter. Eftersom vindflöjeln skall kunna rotera 360° fick vi även komma på
en lösning som skulle kunna tillåta fri rotation av stagen som kopplar ihop vindflöjeln
och växeln. Vi kapade då av staget på mitten och svetsade dit två plattor som hade hål i
mitten (se figur 23). Vi kopplade sedan ihop dessa två stag med en skruv och mutter
men lämnade ett ytterst litet glapp så att det de olika delarna sedan kommer att kunde
rotera 360° fritt och någorlunda friktionsfritt.
42
Figur 23. Ritning över hur kraftöverföringen mellan flöjeln och växeln ser ut (se hela ritningen i ritning nr 3)
3.3. Upphängning
Växeln var nu färdigtillverkad och vi kunde konstatera att den fungerar precis som det
var tänkt. Nu började vi tillverkningen av upphängningen som ska sammankoppla båten
och delarna som har blivit tillverkade.
Vi kapade till alla bitar av en 4 mm tjock plåt som krävs för själva upphängningen. Det
gjordes sedan ett hål i ena plåten med en diameter på 70 mm för fästning av vindflöjeln
samt genomomföringen av stången. Hålet gjordes genom att använda plasmaskäraren
och sedan fila till kanterna för att få en jämn kant. Vi skar även ut en bricka som
behövdes för infästningen av vindflöjeln (brickan i högra bilden blir till ovansidan av
delen i övre vänstra hörnet i figur 24). I figur 24 kan ni se hålen samt brickan när de har
blivit utskurna.
43
Figur 24. Genomföringen i den översta plåten av upphängningen samt brickan som behövs till
fastmonteringen av vindflöjan
När hålen för genomföringen var färdigt slipade så kunde vi gå vidare med att svetsa
fast de tre bitar som var utskurna av den 4 mm tjocka plåten. Vi använde oss av TIGsvetsning i vårt projekt, eftersom det är det enklaste sättet för att sammanfoga syrafast
stål. Vi svetsade ihop den brickan som skars ut tidigare med en rör som behövs för
fastmonteringen av vindflöjeln.
För att vindflöjeln ska kunna rotera 360° så beslutade vi oss för att använda oss av
denna typ av fastsättning. Ett mindre rör som sitter fast svetsad med vindflöjelns fäste,
går igenom det 70 mm stora hålet. På andra sidan av plåten träs ett större rör, med den
fastsvetsade brickan, på röret som sitter fastsvetsad i findflöjelns fäst och dessa två rör
skruvas sedan ihop med två skruvar. Det finns även glidlager på vardera sida av
upphängningens plåt för att minimera stål mot stål kontakt och där med minska
friktionen.
3.4. Fästning av växeln till upphängning
Nä vi skulle börja med upphängningen passade vi på med att prova om växeln skulle
fungera som det var tänkt. Vi konstaterade att det som vi hade tidigare ritat i AutoCAD
inte fungerade i verkligheten. Växeln hade inte tillräckligt med plats att kunna röra sig
fritt när den var ihopsatt i dessa hål som var tagna i upphängningens sidor. Som ni i
figur 25 kan se så sitter fästet av vindflöjeln tryckt mot röret där det ena kugghjulet
sitter fast.
44
Figur 25. Första ihopmonteringen av växeln med upphängningen. I bilden kan även ses röret som sitter
fastsvetsat med vindflöjelns fäste samt det rör som träs på det mindre röret från undersidan som sedan
skruvas fast
Vi var tvungna att göra om hålen till upphängningen av växeln, men detta är inget större
problem då det går relativt snabbt att borra två nya hål och svetsa igen de hålen som
tidigare var borrade.
Vi svetsade ihop gamla hålen för upphängning av växeln och borrade nya hål som sitter
längre ner och ett par cm åt sidan. Denna lösning visade sig fungera bra. När växeln var
upphängd i sina nya hål, kopplade vi ihop växeln med vindflöjeln för att kunna se att
allting fungerade bra ihop. Det visade sig att allting fungerade på ett önskat sätt. Vi gick
då vidare med att fästa upphängningen till båten. Se figur 26 för ihopmontering av
växeln till upphängningen med de nya hålen.
45
Figur 26. Växeln ihopmonterad med upphängningen med de nya hålen
3.5. Rodret
Rodret byggde vi av stål, styrofoam och glasfiber. Som roderaxel använde vi oss av ett
600 mm långt syrafast rör som har en diameter på 20 mm och en godstjocklek på 2 mm.
Sedan kapade vi till två 100 mm långa syrafasta plåtbitar så slipades ner dessa till
NACA 0030-profiler. Vi valde NACA 0030-profil för att om vi hade valt en lägre profil
(som vi skulle ha velat för att få större krafter) så hade rodret blivit så smalt att den inte
hade gått på axeln. Dessa plåtbitar svetsades fast på axeln med ett avstånd på 150 mm
från varandra (se bilden längst till vänster i figur 27).
Vi använde styrofoam för att fylla ut tomrummet mellan plåtarna (se andra bilden från
vänster i figur 27). Vi tejpade sedan styrofoamen med packtejp. Detta gjordes för att
skydda styrofoamen mot polyesterblandingen som man penslar på glasfibret. Dessa två
material reagerar med varandra på så sätt att styrofoamen smälter om man inte lägger på
någon skyddande lager och packtejp fungerar ypperligt för detta (se mittersta bilden i
figur 27).
46
Figur 27. Roderbygget
Vi applicerade sedan på två lager glasfiber runt hela rodret (andra bilden från höger i
figur 27) och målade sedan det hela med vattenfast målarfärg (bilden längst till höger i
figur 27).
Vi märkte under test nr 1 att detta roder fungerade perfekt om vi hade en rorkult som
var 1 meter lång. Problemet vi stötte på var att med en sådan lång rorkult så fick vi ett
roderutslag på max 16° och detta konstaterade vi att det var för lite. Vi löste detta på ett
sådant sätt att vi kortade av rorkulten till endast 0,5 m och fick då ett maximalt
roderutslag på 23,5°. Dock så blir det så att när man kortar av hävarmen (rorkulten) så
behövs det en större kraft som drar i rorkulten och det löste vi med att bygga ett nytt
större roder.
Tillvägagångssättet blev det samma men vi utökade axelns läng till från 550 mm till 700
mm. Vi utökade även storleken på rodret så att den fick ungefär 3 gånger större lyftkraft
(se tabell 6 och 8 i kapitel 2.4.1). Måtten på nya rodret blev 250 mm högt och 150 mm
långt och gjordes till en NACA 0021-profil. Dock så stallar det nya rodret tidigare än
det gamla tack vara att de har olika NACA-profiler. Detta var planerat och gjorde inget
då dessa roder endast kommer att göra ett roderutslag på ca 21°.
47
3.6. Fastmontering av upphängningen
När vi hade konstaterat att mekanismen för vindflöjeln samt växeln fungerar på ett
önskat sätt, var det dags att sätta fast allting till båten. Vi började med att tillverka fyra
metallplattor som vi sedan skruvade fast i akterspegeln av båten. Vi hängde upp
upphängningen från en travers så att den hängde ungefär där var vi ville att den skulle
vara (se figur 28).
Figur 28. Växel, roder och de fyra metallplattorna
När vi hade fått upphängningen placerad ungefär där vi ville ha den, tillverkade vi ett
rör som vi sedan svetsade ihop med brickan som sitter fast i båten och upphängningen.
Vi svetsade sedan ihop alla rör som behövdes för att kunna fästa upphängningen till
båten. I figur 29 kan ni se hur vi måttade rören från båten till upphängningen.
48
Figur 29. Mätning av rören till upphängningen från båten
Upphängningen monterad på båten kan ses i figur 30.
Figur 30. Upphängningen med växel, roder och vindflöjel
49
3.7. Kraftöverföringen mellan lilla rodret och Mini 12:ans roder
För att kunna utnyttja lilla rodrets krafter till att ändra vinkeln på huvudrodret
monterade vi på en rorkult till huvudrodret och kopplade ihop den med lilla rodret via
tampar. Vi svetsade på två armar på upphängningen där vi kunde fästa två trissor.
Tamparna fördes igenom dessas så att vi får en vertikal rörelse av repet som är kopplat
till lilla rodret. På så sätt kan den maximala kraften och längden av rörelsen för
överföring av kraften till huvudrodret från lilla rodret utnyttjas. I figur 30 kan ni se hur
tamparna drogs mellan lilla rodret och huvudrodret.
Figur 31. Här kan vi se hur det lilla rodret är kopplat till huvudrodret. Även den blå rorkulten kan ses uppe
på däck
Vi monterade även två rör som löper längst kanten av båten så att vi kan ändra på
positionen för trissorna där repet löper innan den kopplas ihop med rorkulten. Även
detta kan ses i figur 30. Lilla rodrets axel, rorkulten, samt rören längst sidorna av båten
är utrustade med ett flyttbar fästen som kan skruvas fast vid olika positioner. Tanken är
att när vi har hittat ett läge som fungerar bra så kan den justerbara anordningen tas bort
och trissorna svetsas rakt på rören.
50
3.8. Tillverkning av motvikterna
Eftersom vi har byggt tre olika storlekar av vindflöjlar, kommer vi även att behöva tre
olika motvikter. Vi kapade av tre stycken 70 mm långa bitar av en massiv axel med
diameter 75 mm (se figur 32).
Figur 32. Sågning av motvikterna ur en massiv axel
Vi jämnade till kanterna i svarven och borrade ett 16 mms hål rakt igenom. Tanken var
då att kunna ha alla tre motvikter med samma längd och ändra på vikten bara genom att
svarva ner diametern för att reducera vikt. I figur 32 kan ni se de tre olika motvikter som
är planade och har ett hål igenom. En av vikterna är nersvarvad till en mindre diameter
än de två andra.
51
Figur 33. Grovsvarvade motvikter
När de tre första motvikterna var tillverkade kunde vi testa om vikten av dessa var
tillräcklig för att fungera bra som motvikt för de olika storlekar av vindflöjel. Vi gjorde
första testet med vindflöjel i mellanstorlek och kom fram till att den största av vikterna
som vi hade tillverkat inte räcker till för att få vindflöjeln att ställa sig upprätt.
Vi gick vidare med att tillverka ett antal olika vikter i varierande dimensioner (se figur
34). Vi kunde sedan kontrollera vilka vikter som passade bra för olika storlekar av
vindflöjlar. Orsaken till att vi bestämde oss för att göra flera olika vikter är för att sedan
kunna kombinera dessa på olika sätt och få en bredare val av möjligheter till att kunna
hitta en bra motvikt som passar till de olika storlekarna av vindflöjlar.
Vi kunde med hjälp av en fjäderkraftmätare mäta upp vilken kraft som krävs för att
vindflöjeln skall ställa sig upp.
52
Figur 34. Motvikter
3.8.1. Slutliga monteringen
När alla delar var byggda och vi hade konstaterat att allt fungerar på ett önskat sätt
monterade vi fast alla delar i båten ordentligt så att det inte ska kunna skakas loss. Detta
gjordes så att alla genomföringar för skruvar som går genom däcken tätades med helt
vanligt transparent silikon. Alla skruvar som inte ska kunna lossna av sig själv
monterades på plats med gänglåsning (Loctite 276). På detta vis kan vi vara säkra på att
de rörliga delarna inte kommer att skruvas upp av sig själv när båten är i drift. Även fett
applicerades på nållagrena som vi använde oss av i detta projekt. Det gjordes för att
reducera friktion samt skydda nållager som är inuti de två olika rören mot korrosion. Vi
använde oss av LE-3751 vattenfast fett för olika glidlager samt kugghjulen. När fettet
applicerades på de olika glidlagren och kugghjulen kunde man märka en enorm
reducering av friktion
53
4. RESULTAT
4.1. Den totala friktionen som motvikten måste kompensera för
För att kunna få vindflöjeln att resa sig upp när vinden träffar rakt framifrån måste det
finnas en motvikt för vindflöjeln. Eftersom vår mekanism är byggd med olika glidlager
av plast, uppstår det en hel del friktion i de olika delarna. Vi behövde då ta reda på hur
stor friktion det finns i systemet som motverkar vindflöjelns resning. Detta testade vi
med en kraftmätare när det inte fanns någon motvikt eller vindflöjel påkopplad.
Likadana mätningar utfördes då vi skulle dimensionera motvikterna för de olika
vindflöjlarna.
Här nedan kan ni se de olika uppmätta krafterna som krävs i de olika fallen.




Kraften som krävs för att endast övervinna friktionen: 2 N
Kraften som krävs för vindflöjel 1: 14 N
Kraften som krävs för vindflöjel 2: 26 N
Kraften som krävs för vindflöjel 3: 39,5 N
Vi tillverkade vikterna med dessa krafter i åtanke men vägde ändå vikterna på en våg
för att få lite mera exakta resultat.



Motviktskombinationen som fungerade bäst för vindflöjel 1 vägde: 1,436 kg
Motviktskombinationen som fungerade bäst för vindflöjel 2 vägde: 2,65 kg
Motviktskombinationen som fungerade bäst för vindflöjel 3 vägde: 3,948 kg
4.2. Tester
Det gjordes två olika tester där vi testade ett antal olika scenarier. Det första och
viktigaste var att undersöka om styranordningen fungerade överhuvudtaget. Vi ville
också ta reda på rent praktiskt vilken storlek på vindflöjel som fungerar bäst och även
om vi behövde lägga på eller ta bort lite vikt från motvikterna.
4.2.1. Test 1
Vi ville testa om den kunde hålla sig på en rak kurs av sig själv. Vi ville också testa hur
den skulle reagera om vi försökte att dra båten åt ett eller ena hållet. Testet genomfördes
genom att vi låste vindflöjeln i ett visst läge så vi alltid visste vart båten ville ta sig i just
54
den vindriktningen som det blåste den dagen. Vi drog sedan Mini 12:an efter en annan
motorbåt och filmade hur den reagerade.
4.2.2. Resultat på test 1
Testet blev mycket lyckat i flera avseenden. Vi ville se om båten kunde behålla kursen
med hjälp av vindrodret och det gjorde den. Även när vi drog i tampen som satt
fastsurrad i fören på Mini 12:an och på så sätt applicerade en kraft 90° åt både babord
och senare styrbord så fortsatte båten mot den förinställda kursen.
När båten kom ur kurs föll vindflöjeln åt sidan av vinden så som den skulle göra, vilket
resulterade i att lilla rodret ändrade sin vinkel gentemot båtens färdriktning och lyftes
mot ytan som den skulle. Denna rörelse fick sedan Mini 12:ans roder att göra en
vinkeländring med hjälp av linorna som var kopplade mellan de två rodren. Allt
fungerade precis som tänkt (se figur 36).
Endast ett problem upptäcktes. Vi fick inte tillräckligt stort roderutslag på Mini 12:ans
roder. Detta berodde på att vi hade en rorkult som var 1 m lång och med denna hävarm
som bildas då. Detta löste vi på så sätt att vi kortade av rorkulten till 0,5 m. Men då
orkar tyvärr inte lilla rodret vrida på Mini 12:ans roder. Detta löstes på så sätt att vi
byggde ett nytt litet roder som är ca 3 gånger större än den gamla och den får även en
annan NACA-profil. Det nya rodret klarar på så sätt av att ge cirka 3 gånger större kraft
till Mini 12:ans roder.
4.3. Test 2
För detta test monterade vi fast en elmotor på båten för att eliminera utomstående
krafter. Vi monterade fast motorn på en planka som stack ut en bit utanför båten. Vi
ställde in motorn med en liten vinkel gentemot båtens färdriktning eftersom båten
annars skulle ha åkt i en cirkel. Vi hade även motorn i en vinkel för att uppnå en kraft
från sidan som simulerar ett scenario där båten skulle vara riggad med segel och ha sin
framdrift med hjälp av vindkraften. I figur 35 kan ni se hur elmotorn var installerad.
55
Figur 35. Elmotorn kan ses till höger om bilden
4.3.1. Resultat på test 2
Testkörningen med större roder för styranordningen visade ett mycket positivt resultat.
Även då när båten hade ett moment som skapades av den snedmonterade elmotorn, höll
Mini 12:an sin förinställda kurs. Vi utförde också tester med att skicka båten i en annan
riktning än vad den var inställd för. Vid dessa tester korrigerade styranordningen kursen
på båten väldigt snabbt (se figur 36). Under testerna upptäckte vi även att när vinden
ändras något, så gjorde styranordningen små korrigeringar och där av höll båten på sin
kurs gentemot vindriktningen, som förväntats.
Under denna testkörning kunde vi fastställa att den största vindflöjeln fungerade bäst.
Vi utförde en testkörning med vindflöjeln av mellanstorlek med resultatet att styrningen
inte fungerade.
Under denna testkörning märkte vi även att båten alltid eftersträvar den kurs som är
förinställd genom att rikta vindflöjelns framkant mot vinden. Om vinden kom från
motsatt riktning, d.v.s. 180° fel och träffade bakkanten av vindflöjeln, så vände
styranordningen båten tills vinden träffade framkanten av vindflöjeln.
56
Figur 36. Illustration av de lyckade testerna
57
5. DISKUSSION
Det har varit ett mycket givande projekt att arbeta med. Vi har lärt oss mycket nytt som
t.ex. vad NACA-profiler är förnågot, TIG-svetsning, svarvning och hur man plastar med
glasfiber m.m.
Det varit mycket utmanade och lärorikt att söka information om någonting som man
inte tidigare har haft någon kunskap om allts. Även att lyckas tillverka en styranordning
som förhoppningsvis kommer att vara till nytta för ÅSR under de kommande
tävlingarna inom TMC samt WRSC. Vi hoppas även att denna sorts styranordning
kommer att existera på flera robotsegelbåtar i framtiden.
Vi tycker att det är och har varit oerhört intressant att få ta del av och även bidragit till
utvecklingen av ÅSR:s båtar. Att hjälpa till med att nå målet med att segla över
Atlanten med en robotsegelbåt har givit oss en otrolig motivation att jobba hårt med
styranordningen.
Framför allt har det varit oerhört tillfredställande att se resultatet av någonting som man
själv har undersökt, designat samt tillverkad från grunden utan hjälp från utomstående
företag.
5.1. Resultatdiskussion
Vi är mycket nöjda med resultaten som vi fick på test två. Efter att vi hade förstorat lilla
rodret så att det blev tre gånger större, för att kunna få ut en större kraft, samt ha kortat
ner rorkulten för att uppnå större roderutslag, fungerade styranordningen exakt som
önskats. Det var intressant att se hur båten reagerade när vi skickade iväg den åt fel håll
och framkanten av vindflöjeln inte var riktad mot vinden. Båten åkte upp i rätt rikting
nästan direkt.
Vi är mycket nöjda med hur styranordningen fungerar men det finns en del som kan
förbättras på denna konstruktion. Förbättringsförslag kan man läsa om i kapitel 5.2.
58
5.2. Förslag på förbättringar
Styranordningen var byggd som prototyp till ÅSR för att se om denna typ av
styranordning skulle kunna vara lämplig att användas för att styra en robotsegelbåt
under sina seglingar. Därför har vi försökt att hålla en tight budget för att bygga
styranordningen. Vi har mestadels lagt tid på att konstruera en välfungerande
styranordning som kan skickas ut till längre seglingar. Men vissa komponenter i
konstruktionen är inte anpassade för en resa över atlanten, som t.ex. kugghjulen som är
tillverkade i vanligt stål, samt glidlagrena som är tillverkade i POM Polyacetal. Som
förslag till förbättringar och optimering av styranordningen föreslår vi att ÅSR kan se
över följande komponenter.
5.2.1. Kugghjul
För att spara på kostnader har vi använt oss av kugghjul tillverkade av vanligt stål. Vi
har även forskat bland olika material som skulle kunna fungera bättre för tillverkning av
kugghjul till seglingen över Atlanten. Vi har kommit fram till att vanligt lagerbrons
(EN-1982) skulle fungera utmärkt till att kunna användas för tillverkningen av
kugghjulen för detta ändamål. Vi har varit i kontakt med olika företag för att få ett
prisförslag på vad det skulle kosta att tillverka kugghjul av brons. Kugghjul tillverkade i
brons måste måttbeställas på grund av att de inte finns massproducerade. Vi har dock
endast fått ett svar på våra förfrågningar av priset för de måttbeställda kugghjulen. Detta
svar fick vi från Christian Henriksson (som jobbar som lärare och verkstadschef på
Ålands yrkesgymnasium) och av honom fick vi svaret att de kommer att kosta ca 100 €
att tillverka vid Ålands yrkesgymnasium. Men enligt Christian kan de endast tillverka
kugghjulen då när det passar in i deras schema, som enligt honom var runt årsskiftet
(december 2015 – januari 2016). Om man har behov av kugghjulen tidigare kan det
komma att kosta minst det dubbla (Henriksson, 2015).
5.2.2. Glidlagertypen
På grund av lätttillgängligheten och att vi vill hålla nere kostnaderna har vi använt oss
av POM Polyacetal som material till glidlager. Även detta skulle man kunna försöka
förbättra med att installera någon annan slags lagertyp som har lägre friktion än POM
Polyaceral. Kriterierna för lagertypen är att den bör ha låg friktion samt att den har ett
bra korrosionsmotstånd i marina miljöer.
59
5.2.3. Optimering av vindflöjel samt motvikt
De olika vindflöjlar som vi har gjort är inte teoretiskt räknade för att vara den optimala
storleken för att kunna fungera vid de olika vindförhållanden som båten kommer att
utsättas för. Vi konstruerade tre olika flöjlar för att sedan kunna testa de olika
storlekarna. Man kan undersöka hur stora krafter det kan skapas mot en vindflöjel vid
olika vindhastigheter samt räkna på att den kommer hålla för en Atlantenresa. Man kan
också bygga en vindflöjel som är så optimerad som möjligt för att kunna fungera väl
under denna resa. Motvikterna som nu används, är tillverkade i vanligt svart stål och
målade med rostskyddsfärg. Dessa motvikter kan användas för en resa över Atlanten,
men det är rekommenderat att tillverka motvikter i någon metall med bra
korrosionsmotstånd mot havsvatten.
5.2.4. Flyttbara fästöglor
Vi har valt att montera flyttbara fästöglor för fästning av trissorna som tamparna mellan
lilla rodret och rorkulten på styranordningen ska gå igenom. Vi rekommenderar att man
avlägsnar dessa fästöglor och svetsar fast trissorna på rätt position.
5.2.5. Elmotor för styrning av vindflöjel
Som det tidigare nämdes så har vi inte installerat en elmotor för styrning av vindflöjeln.
Det är absolut nödvändigt att detta görs om styranordningen skall gå att styras av en
dator. Det som behövs göras är att svetsa fast ett fäste för en vattentätlåda som elmotorn
skall sitta i. Förslagsvis fylls denna låda med olja för att se till att det inte kommer in
fukt genom tätningen som axeln från elmotorn kommer att gå ut igenom.
Det bör även fästas någon form av anordning för att kunna koppla ihop elmotorn med
styrningen av vindflöjeln.
60
KÄLLFÖRTECKNING
Bullivant, K. W. (1941). National Advisory Committee For Aeronautics, Report No.
708. Retrieved 03 27, 2015, from University of North Texas:
http://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc66369/m2/1/high_res_d/1993009
1786.pdf
CBS News. (2015, Mars 8). CBS News. Retrieved from Flight 370 report released one
year after vanishing: http://www.cbsnews.com/news/malaysia-airlines-flight370-report-released-on-disappearance-anniversary/
Dimitriadis, G. (n.d.). Aircraft Design. Retrieved 02 06, 2015, from Computational &
Multiscale Mechanics of Materials: http://www.ltas-cm3.ulg.ac.be/AERO00231/ConceptionAeroAerodynamisme.pdf
Eastman, J. N. (1931, Februari 24). Report No. 391. Retrieved Januari 30, 2015, from
NACA National Advisory Committee For Aeronautics:
http://naca.central.cranfield.ac.uk/reports/1932/naca-report-391.pdf
Eastman, J. N., & Ira, H. A. (1939). Report No. 669. Retrieved 03 29, 2015, from
NACA National Advisory Committee For Aeronautics:
http://naca.central.cranfield.ac.uk/reports/1939/naca-report-669.pdf
Finn Flyer. (2015). Finn Flyer. Retrieved from Finn Flyer: http://www.finnflyer.fi/
Färggrossen. (2015). POWER COAT 3IN1, RAL 9005, SVART - 5L. Retrieved from
Färggrossen:
http://farggrossen.nu/produkter/farg/induf_power_coat/146773__power_coat_3i
n1,_ral_9005,_svart_-_5l/
Henriksson, C. (2015, Maj 04). Lärare. (F. Lamberg, & N. Lehtilä, Interviewers)
Jallai, A. (2015). Anders Jallai. Retrieved from DC-3: http://www.jallai.se/dc3catalinaaffaren/
Loose Moose Filmworks. (2009, September 27). Self-Steering projekt. Retrieved
Januari 18, 2015, from Boat bits: http://boatbits.blogspot.com/2009/09/selfsteering-project.html
O'Donnell, C. (1997, Januari 13). World's Cheapest Foil Chart for NACA Section
Profiles. Retrieved Januari 16, 2015, from John's Nautical & Boatbuilding Page:
http://www.boat-links.com/foilfaq.html
Ortiz, X., Hemmatti, A., Rival, D., & Wood, D. (2012, September 6). Instantaneous
forces and movments on inclined flat plates. Retrieved April 29, 2015, from
61
International Association for Wind Engineering:
http://www.iawe.org/Proceedings/BBAA7/X.Ortiz.pdf
Rules and disciplines WRSC. (2015). Retrieved from World Robotic Sailing
Championship 2015: http://wrsc2015.com/wpcontent/uploads/2015/02/RulesWRSC2015.pdf
SMHI. (2014, April 23). Vattnets densitet påverkar havsvattenståndet. Retrieved
Januari 19, 2015, from SMHI:
http://www.smhi.se/kunskapsbanken/oceanografi/vattnets-densitet-paverkarhavsvattenstandet-1.3425
The Mictrotransat Challenge. (2005). Retrieved 10 14, 2014, from The Mictrotransat
Challenge: http://www.microtransat.org
TMC History. (2010). History of the Microtransat. Retrieved from The Microtransat
Challenge: http://www.microtransat.org/history.php
TMC Rules. (2010). Rules of TMC. Retrieved from The Microtransat Challenge:
http://www.microtransat.org/rules.php
Tupper, E. C., & Rawson, K. (2001). Basic Ship Theory, Volume 2. Elsevier.
Zander, P. (2010, Januari). Centerboards and Rudders. Retrieved Januari 16, 2015,
from Paul Zander: http://www.paulzander.biz/centerboards.html
Åland Sailing Robot. (n.d.). Åland Sailing Robot. Retrieved Januari 18, 2015, from
Åland sailing Robot: http://www.sailingrobots.ax/
62
BILAGOR
63
Bilaga 1. NACA 0015, lyft- och dragkoefficienter (Eastman & Ira, Report No. 669, 1939)
Bilaga 2. NACA 0021, lyft- och dragkoefficienter (Eastman, Report No. 391, 1931)
Bilaga 3. NACA 0030, lyft- (CL) och dragkoefficienter (CD) (Eastman & Ira, Report No. 669, 1939)