Пришелец из другого мира 

5

1

Есть инженерная задача: спроектировать и построить анимированного пришельца, обладающего легким весом, общей площадью более 240 кв. метров, из частей, которые могут выдержать постоянную эксплуатацию в течение 10 лет по 12 часов каждый день. Непросто, да?

Проектное решение: движущиеся части пришельца сделать из тонкослойного стеклопластика на каркасной основе, и затем соединить их вместе при помощи регулируемых стальных рычагов, которыми будет контролироваться анимация пришельца.

Самый большой аттракцион создан из стеклопластика на основе эпоксидной смолы.

Когда для своего парка развлечений в Орландо, США компания Universal Studio решила создать аттракцион на основе серии фильмов «Люди в Черном», компания Cinnabar California Inc. получила заказ на проектирование и строительство самого большого архитектурного образа, когда-либо сделанного для парка развлечений.

Компания Cinnabar специализируется на проектировании и постройке необычных фасадов и архитектурных образов для парков развлечений, декораций сцен, фильмов и телевидения, музейных выставок, трехмерных рекламных щитов и других специальных конструкций. Президент компании Дэвид Парк объясняет: «Для своих клиентов мы находим такие решения, которые окончательно воплощают их идеи в жизнь».

ЗАДАЧА ЛЮДЕЙ В ЧЕРНОМ

В фантастической серии комедий «Люди в Черном», ведущие актеры Томми Ли Джонс и Вил Смит играют сверх секретных агентов, управляющих и контролирующих большое население пришельцев-иммигрантов с других планет. Аттракцион парка развлечений проводит гостей парка через улицы искусственного Нью-Йорка, где они встречают недружелюбных пришельцев, включая самых больших и плохих из них в финальной части фильмов.

Образ «Жука», скопированный из фильма и названный техническим директором Cinnabar Чарльзом Дором «совершенным пришельцем» - это массивное механически анимированное создание, высотой 12.2 метра, шириной 16.8 метра в ширину, обдувающее дымом вагонетки аттракциона. Шестиглазый жук не имеет выходных: он находится в постоянном движении от 12 до 15 часов в день, 365 дней в году уже на протяжении 4-х лет, и Cinnabar гарантирует его работоспособность еще на протяжении следующих шести лет.

Создание образа из «Людей в Черном» поставило перед Cinnabar трудную задачу: сделать легкую конструкцию, которая не только бы удовлетворяла требованиям прочности и безопасности, но и хорошо соответствовала конструкторским и художественным требованиям. Хотя конструкция на основе уретановой пены с уретановым покрытием и могла дать необходимый художественный вид и легкий вес при малых затратах, Дор заметил, что у этого материала недостаточная прочность, и он не может соответствовать требованиям пожарной безопасности парка развлечений. «Только армированные волокнами композиты удовлетворяют всем требованиям», - говорит Дор, хотя и замечает, что пожарные службы с неохотой допустили использование смолы. В итоге для создания конструкции была использована специализированная огнестойкая эпоксидная смола.

ОСОБЕННОСТИ ПРИШЕЛЬЦА

Тело пришельца должно быть закреплено на бетонной плите со стальными опорами. Движущиеся части – лапа жука длиной 9.1 метров, которая опускается вниз по дуге на 90 градусов, и его 6 метровая голова – должны быть тонкостенными стеклопластиковыми оболочками на каркасах, прикрепленных к артикулирующим устройствам. Сами устройства сделаны из стальных труб и приводятся в движение механизмом, управляемым компьютером. Каждая стеклопластиковая оболочка должна держать свой вес на всем протяжении между точками крепления с фактором безопасности 5, стандартным для навесных конструкций, под которыми будут находиться люди.

Сложность проектирования состояла в разработке интерфейса композит-сталь между стеклопластиковой оболочкой жука и его стальным скелетом. Решение Cinnabar было замечательным по своей простоте: стеклопластиковые оболочки должны быть закреплены на композитных балках, которые в свою очередь, могли бы быть механически закреплены на артикулирующих рычагах, когда все части тела жука будут доставлены на территорию парка. Использование резьбовых вставок в композитных балках было признано ненадежным для условий тяжелой работы конструкции. Вместо этого балки должны были быть закреплены сквозными болтами к стальным хомутам, подсоединенным к стальным трубам артикулирующих рычагов. Подсоединение происходит на месте сборки в самом парке развлечений, посредством регулирующей арматуры, состоящей из натяжной рамки и стальных стержней. Для корректной установки и натяжения всех частей необходимо подкручивание, после чего каждая натяжная рамка должна быть заблокирована, чтобы не допустить ослабления.

10 ЛЕТ ИЛИ 10 МИЛЛИОНОВ ЦИКЛОВ

Другой проектной задачей являлась структурная усталость тонкого стеклопластикового ламината, из которого была создана оболочка лапы и головы. Для определения свойств ламината, которых было бы достаточно для противостояния усталости, Cinnabar сперва построил модель территории парка с отношением 1 дюйм:1 фут, включая «жука» и другие особенности. На основе созданной реальной модели были получены цифровая модель и изображение. Использование цифровой модели позволило рассчитать, что для данной задачи наилучшим образом подойдут стеганые нетканые полотна. Их улучшенные свойства растяжения и сжатия придают им лучшие усталостные свойства, чем у стеклоткани, особенно в тех местах, где движущиеся части могут привести ткань к ломке и износу.

Завершением проектирования являлся анализ обслуживания конструкции. «Здесь есть светотехника и другие вещи, которые нужно менять в процессе эксплуатации», - сказал Парк. «Мы должны запланировать доступ людей в различные места». Например, удлинение нижней челюсти головы жука не предполагалось использовать как площадку, но на всякий случай было спроектировано с возможностью доступа человека. По этой причине, для построения нижней челюсти в дополнение к квадроаксиальной ткани, использованной в стандартном ламинате, должны быть проложены четыре биаксиальных слоя.

АНАТОМИЯ ПРИШЕЛЬЦА

Изготовление происходило рядом с парком развлечений, на производственном предприятии Cinnabar. Компьютерная модель была использована для создания команд для станка с ЧПУ, который вырезал из полиуретановой пены основные формы для головы, лапы, зубов и тела пришельца «жука». Затем полученные формы были вручную доработаны для придания неровностей и выпуклостей, присущих страшному пришельцу из другого мира. За исключением зубов пришельца, остальные пенополиуретановые формы были использованы в качестве матриц для каждой части пришельца. В отличие от обычных матриц для производства композитов, где внешняя часть изделия получается от контакта с поверхностью матрицы, внешние части «жука» были ламинированы прямо сверху матриц из пенополиуретана, таким образом их внешняя часть была обращена наружу.

Для ламинирования Cinnabar выбрал мат из рубленых нитей ровинга и биаксильные и квадроаксиальные нетканые полотна.

Для лапы «жука» был выложен слой стеклопластика толщиной 8.4 мм, состоящий из слоев мата разной плотности и биаксиального полотна. Для стеклопластиковой оболочки головы «жука» толщиной 6.35 мм использовались несколько слоев мата и квадроаксиального полотна.

Используя тот же способ укладки слоев, были сделаны зубы «жука» из двух частей (самый большой размером 3.5 метра) в двух открытых матрицах.

Для укрытия статичной части тела «жука», Cinnabar вручную ламинировали фасадные части, используя мат из рубленных волокон, квадроаксиальное полотно и финишное декоративное напыление смолы с рубленным волокном.

После того как все части жука были отформованы, их оставили полимеризоваться при температуре окружающей среды от 2-х до 7-ми дней, в зависимости от величины и массы части. По окончании полимеризаци матрицы были сняты и готовые части подверглись постотверждению при температуре 93.30С. «Чтобы улучшить физическую прочность и удалить стирол, который не прореагировал, постотверждение может длиться от нескольких часов до нескольких дней, в зависимости от части», - говорит Дор. Самая большая камера постотверждения Cinnabar может вместить часть размером 11х4.9х5.5 метров.

Стеклопластиковые балки для головы и лапы были сделаны с использованием слоев биаксиального полотна. Готовые балки были разрезаны в соответствии с формами внутренних поверхностей стеклопластиковой оболочки «жука» и допуском около 305 мм между балкой и стальной трубой артикулирующих рычагов. Композитные балки были установлены перпендикулярно внутренней оболочке поверхности «жука» с зазором 9.5 мм между оболочкой и балкой. Затем поверх балок были уложены 4 слоя биаксильного полотна с интервалом в 5 см, которые образовали «шапочные» структуры, приклеенные к оболочке при помощи эпоксидной смолы. Идентичные слои биаксильного полотна были заформованы над вершиной каждой балки и на 30 см вниз с каждой стороны, где должны были быть отверстия под болты.

В качестве завершающего штриха, Cinnabar покрыл все видимые поверхности «жука» тонкой (3.8 мм) пленкой огнестойкой винилэфирной пены. Затем пленка была отшлифована и поверх было проведено напыление праймера для последующего нанесения огнестойких декоративных покрытий. «На работе по окончательной доводке жука у нас одновременно было занятно не менее 10 художников», - заметил Дор.

И О СЛЕДУЮЩИХ ПРОЕКТАХ…

Начиная с «жука», компания Cinnabar сделала тележки американских горок для «Поездки Спайдермена», аттракциона в парке развлечений Universal Studio в Орландо и Осаке, Япония; слона высотой 36.6 метров (на его пути к Миссури, США); стенки для лазанья, и, в качестве расширения деятельности, детали оборудования лазерной хирургии глаза – и все из композитов. Хотя компания использует углеродные, арамидные, полиэфирные волокна и волока из S-стекла для усиления пластиков, когда это требуется, инженерный отдел компании полагает, что 99% изготовленных структур – несмотря на необычную природу, различные функции и несущие нагрузки – могут быть сделаны с использованием E-стекла в мультиаксиальных волокнистых структурах.

Статья предоставлена http://www.plural.ru/