Integration av nytt vapenfäste

EXAMENSARBETE INOM MASKINTEKNIK,

Robotik och mekatronik, Säkerhet och ledning av avancerade system, högskoleingenjör 15 hp

SÖDERTÄLJE, SVERIGE 2020

Integration av nytt

vapenfäste

Integration av nya infästningen till

Rekyldämpare 18 med Pelarlavett 90

Douglas Strand

Jonathan Holst Lindén

SKOLAN FÖR INDUSTRIELL TEKNIK OCH MANAGEMENT INSTITUTIONEN FÖR HÅLLBAR PRODUKTIONSUTVECKLING

Integration av nytt vapenfäste

Integration av nya infästningen till Rekyldämpare 18 med

Pelarlavett 90

av

Douglas Strand

Jonathan Holst Lindén

Examensarbete TRITA-ITM-EX 2020:395

KTH Industriell teknik och management

Hållbar produktionsutveckling

Kvarnbergagatan 12, 151 81 Södertälje

Examensarbete TRITA-ITM-EX 2020:395 Integration av nya infästningen till Rekyldämpare

18 med Pelarlavett 90

Douglas Strand

Jonathan Holst Lindén

Godkänt

2020-06-18

Examinator KTH

Claes Hansson

Handledare KTH

Mark W. Lange

Uppdragsgivare

Carl Öhrström

Företagskontakt/handledare

Alexandra Cleverby

Sammanfattning

Projektet grundar sig i olyckan på fartyget HMS Carlskrona där en olycka inträffade när

fästet till vapnet fallerade och vapnet föll av pelarlavetten. Nu har det framtagits en ny

rekyldämpare (Rekyldämpare 18) vilket även har en infästning som är utformad efter

just det nya fästet. Syftet med detta projekt är att ta fram en lösning för att integrera den

nya infästningen till rekyldämpare 18 med Pelarlavett 90. Lösningen ska klara av en

statisk kraft på 5000 N med en säkerhetsfaktor på ~1,5 mot sträckgränsen.

Det koncept som togs fram modellerades och 3D-skrevs för att skapa en visuell

uppfattning av hur modellen skulle se ut samt hur den monteras i systemet. När

modellen var klar utfördes simuleringar för att se hur krafterna påverkar modellen.

Utifrån dessa resultat skapades en kvalitativ riskanalys för att analysera hur stora

riskerna var för att en olycka skulle inträffa.

Utifrån resultaten från hållfasthetsberäkningarna och de identifierade riskerna anses

konceptet uppnå de uppsatta kraven vilket resulterar i en hållbar och säker lösning.

Nyckelord

Rekyldämpare 18, Pelarlavett 90, HMS Carlskrona, Koncept, Utbytesplatta, FMV, FM,

KSP 88

Bachelor of Science Thesis TRITA-ITM-EX 2020:395

Integration av nya infästningen till Rekyldämpare 18 med Pelarlavett 90

Douglas Strand

Jonathan Holst Lindén

Approved

2020-06-18

Examiner KTH

Claes Hansson

Supervisor KTH

Mark W. Lange

Commissioner

Carl Öhrstöm

Contact person at company

Alexandra Cleverby

Abstract

This project is based on an accident that occurred on HMS Carlskrona were because of

the bracket to the weapon failed during a test shooting and fell of the tripod gun carriage

(Pelarlavett 90). Today a newer version of the MG mount (soft mount, Rekyldämpare

18) been constructed, which has an attachment that the new MG mount fits in. The

purpose of this project is to bring forward a solution that integrate the attachment to the

Rekyldämpare 18 with Pelarlavett 90. The solution had two requirements it needed to

uphold, these were to hold a static force of 5000 N with the safety factor on ~1.5

towards its yield point.

The concept that were produced was modelled and 3D- printed to create a visual

understanding how the model looked like and how it mounts on the system. When the

model was ready were simulations performed to see how the forces affected the model.

From these results, a risk analysis was created to analyze how great the risks were for

an accident to happen.

The results from strength calculations and the identified risks, will the concept manage

the requirements which results in a durable and safe solution.

Key-words

Rekyldämpare 18, Pelarlavett 90, HMS Carlskrona, Koncept, Exchange plate, FMV,

FM, KSP 88

Förord

Denna rapport är ett examensarbete på 15 högskolepoäng åt Kungliga Tekniska Högskolan.

Examensarbetet har skrivits inom ämnet maskinteknik med inriktningarna, Robotik och mekatronik samt Säkerhet och ledning av avancerade system. Exjobbet utfördes för myndigheten FMV (Försvarets materielverk) marinmateriel med handledare på företaget, Alexandra Cleverby med hjälp av Joakim Drakfors.

Vi vill speciellt tacka Systemsäkerhetsingenjör Alexandra Cleverby och Joakim Drakfors med deras stöd i detta projekt samt alla andra som har hjälpt oss att samla in fakta och information.

Vi tackar även vår handledare från KTH, Universitetsadjunkt Mark Lange för det stöd och förtroende han givit oss under detta examensarbete.

Innehåll

1. Inledning ... 1

1.1.

Bakgrund ... 1

1.2.

Syfte ... 2

1.3.

Målformulering ... 2

1.4.

Avgränsningar ... 2

2.

Metod ... 3

2.1.

Riskanalys ... 3

2.2.

PUGH ... 3

2.3.

CAD-verktyg ... 3

3.

Informationsinsamling ... 5

3.1.

Krav ... 5

3.2.

Krafter ... 5

3.3.

Material specifikationer ... 6

3.4.

Systemet ... 7

3.4.1.

Pelarlavett ... 7

3.4.2.

Kolonn med fäste ... 8

3.4.3.

Rekyldämpare ... 8

3.4.4.

Vapen ... 9

3.5.

Infästning till RD18 ... 9

3.6.

Företagens analyser av pelarlavetten ... 10

3.6.1.

SAAB:s analyser ... 10

3.6.2.

FMV:s analyser ... 11

3.6.3.

Svensk Konstruktionstjänst AB:s analys ... 11

3.7.

Toleranser ... 12

4.

Genomförande och resultat ... 13

4.1.

Koncept ... 13

4.1.1.

Dubbel topp platta ... 13

4.1.2.

Dubbel nedre platta ... 14

4.1.3.

Utbytesplatta ... 14

4.2.

PUGH ... 15

4.3.

Modellering och simulering ... 16

4.3.1.

Modell 1 ... 18

4.3.2.

Modell 2, 3 och 4 ... 20

4.4.

Riskanalys ... 24

4.4.1.

Integrationsanalys (IMSC) ... 24

4.4.2.

Konsekvens av personskada ... 24

4.4.3.

Kategorisering av olyckssannolikhet ... 24

4.4.4.

Riskmatris för personskada ... 25

4.4.5.

Risklogg ... 25

4.4.6.

Resultat från risklogg ... 25

5.

Diskussion ... 26

6.

Slutsats ... 28

7.

Framtida studier ... 28

8.

Källförteckning ... 29

8. Bilagor ... 30

Ordlista

FMV Försvarets materielverk

FM Försvarsmakten

KSP 88 Tung kulspruta 88

RD 18 Rekyldämpare 18

PHL Preliminary hazard risk

IMSC Integration/management of Subcontractors

1

1. Inledning

1.1. Bakgrund

Försvarets materielverk (FMV) grundades 1 juli 1968 då de övertog ansvaret från

Marinförvaltningen, Flygförvaltningen, Arméförvaltningen, Försvarets intendenturverk och Försvarets förvaltningsdirektion. Dessa avdelningar inom Försvarsmakten (FM) sammanslogs för att underlätta samarbetet mellan dem då alla hade samma huvuduppgift, att förse FM med materiel. År 1972 omorganiserades verket vilket resulterade att avdelningarna ändrade namn¹. Till exempel kortades Marinmaterielförvaltningen ner till endast Marinmateriel. Marinmateriel tillhandahåller materiel och tjänster till den svenska marinen samt levererar båt-, dyk- och sjösäkerhetsmateriel till hela försvaret. Eftersom de levererar säkerhetsmateriel har de i uppgift att granska system för att identifiera de risker och olyckor vilket kan inträffa. Samt när en olycka inträffar kan de behöva identifiera vad som gick fel och hur det kan undvikas i framtiden.

Under en övning 2013 på fartyget HMS Carlskrona inträffade en olycka vilket resulterade i att två personer skadades. Olyckan inträffade vid en provskjutning av Tung Kulspruta 88 (KSP 88) då pivottappen som håller rekyldämparen på plats i pelarlavetten går av (Se kapitel 3.4 för förtydligande av systemet). När pivottappen fallerade föll vapnet av från pelarlavetten, orsaken till olyckan var att en felaktig pivottapp användes. Pivottappen var en gammal prototyp som hade hittats i ett förråd och misstogs för att vara de FM hade beställt vid ett tidigare tillfälle. På grund av denna olycka fick HMS Carlskrona skjutförbud på KSP 88. Vid närmare analyser på hela systemet från pelarlavett till vapen identifierades även att rekyldämparen hade problem att mata ammunition vid avfyrning på luftmål, då fjädrarna inte var tillräckligt starka för att trycka tillbaka vapnet vilket orsakade eldavbrott. Det har framtagits en ny standard för rekyldämparen vilket är Rekyldämpare 18 (RD 18). Denna rekyldämpare har förstärkta fjädrar som gör att det inte uppstår eldavbrott vid avfyrning mot luftmål. Denna konstruktion har även en ny förbättrad pivottapp och infästning. Problemet med RD 18 är att denna pivottapp inte passar i det

befintliga pelarlavetternas infästningar som står på HMS Carlskrona.

1

Riksarkivet hämtad 16-05-2020

2

1.2. Syfte

Syftet med detta projekt är att ta fram en lösning för att integrera den nya infästningen till RD 18 med Pelarlavett 90. Lösningen ska vara hållbar och säker ur ett systemperspektiv, men även upprätthålla de standarder som FMV utgår efter.

1.3. Målformulering

Målet för detta projekt är att ta fram förslag till ett koncept vilket gör att den nya infästningen från RD18 går att montera på Pelarlavett 90.

1.4. Avgränsningar

I detta projekt kommer vi:

• Bedöma systemsäkerheten på den del som sammanfogar pelarlavett 90 med infästningen till RD18.

• Skapas hållfasthetsberäkningar på konceptet.

• Skapa en 3D skriven prototyp.

• Inte analysera pelarlavetten och hur den påverkas av krafterna.

• Inte skapa en verklig modell i rätt material.

3

2. Metod

Dessa metoder valdes då det underlättar ett iterativt produktutvecklingsarbete.

2.1. Riskanalys

De riskanalyser som tillämpas i projektet utgår från de mallar som följer FMV:s riktlinjer²³ för att kunna bedöma säkerheten i systemet. Med hjälp av dessa riskanalyser kan faror och olyckor bedömas utefter hur stor risken är att det inträffar.

2.2. PUGH

Pugh-matris är ett verktyg som används för att välja mellan de koncept som framtagits. Genom att bedöma hur bra de olika koncepten uppnår de uppsatta kraven. Sedan jämförs resultaten med varandra för att se vilket som skulle passar ändamålet bäst.

2.3. CAD-verktyg

Med hjälp av de ovanstående metoderna har en idé framtagits och den visualiseras med 3D verktyg (Creo Parametric). På detta sätt kan prototypen tydligt demonstreras och testas för att se om den passar i den befintliga konstruktionen. När modellen är skapad utförs de

simuleringar för att se hur konceptet påverkas av de utsatta krafterna.

2Försvarsmaktens handbok Systemsäkerhet 2011 del 1 (H SystSäk 2011), skriven 2011-01-01

3Försvarsmaktens handbok Systemsäkerhet 2011 del 2 (H SystSäk 2011), skriven 2011-01-01

4

5

3. Informationsinsamling

Informationen som samlas in i detta kapitel är till för att skapa en bättre förståelse om problemet.

3.1. Krav

Kraven för pelarlavetten är de krav som konceptet även ska uppnå.

• Pelarlavetten ska klara av en statiskkraft på 5000 N.

• Säkerhetsfaktor på ~1.5 mot sträckgränsen (Rp0,2).

3.2. Krafter

De krafter som utsätter pelarlavetten kommer till största del från rekylkraften vapnet genererar vid avfyrning. Denna kraft dämpas av en rekyldämpare men det återstår fortfarande stora krafter som sprids ut över konstruktionen. När skottet avfyras uppstår den maximala

rekylkraften på 4000 N sedan tillkommer det en topp i motsatt riktning på cirka 6000 N. Den motsatta kraften uppstår då vapnets mekaniska komponenter och rekyldämparen slår i det främre läget. Då dessa två krafter påverkar konstruktionen en väldigt kort period ses de som stötar alltså en dynamisk belastning och inte en statisk kraft. Efter dessa två toppar hamnar systemet i svängning vilket dämpar de dynamiska krafterna i systemet till cirka 2000 N. Detta händer för att rekyldämparens fjädrar aldrig bottnar varken i det främre eller bakre läget under automateld.⁴

Andra krafter som påverkar systemet är massan på vapnet, rekyldämparen och pelarlavetten.

Tyngdpunkten på vapnet anses ligga centrerat ovanför pelarlavetten och den maximala kraften som utsätter systemet uppstår då vapnet är monterat på högsta läget.⁵

4 FMV provskjutning med KSP-88 ombord HMS Carlskrona, 2020-03-02

5 HÅLLFASTHETS- OCH STYVHETSBERÄKNING BÄDD FÖR TUNG KSP, 2018-01-24

6

3.3. Material specifikationer

Materialet som prototypen ska konstrueras av ska tåla den tuffa miljö den utsätts för. Den behöver tåla både höga och låga temperaturer samt motstå syror till exempel saltvatten.

Det har förekommit 2 material, första materialet utgick efter det gamla vapenfästets material, CuAl10Ni. Andra materialet var det som vapenfästet till RD18 var skapat av, Aisi316L.

Material 1: JM7 / CuAl10Ni.⁶

Materialspecifikationer för CuAl10Ni Sträckgräns (Rp0,2) >= 270 MPa

Brottgräns (Rm) >= 630 MPa

E modul 110 GPa

Tabell 1: Materialspecifikationer för CuAl10Ni

Materialet är en typ av kopparlegering vid benämning Nickel-aluminiumbrons. Materialet kan ha extruderats, valsats och smitts för att få egenskaperna för JM7-20*. När materialet har skapats med hjälp av några av dessa metoder tillhandahålls det bästa

materialspecifikationerna.⁷ Material 2: Rostfritt stål, Aisi316.

Materialspecifikationer för Aisi316 Sträckgräns (Rp0,2) >= 240 MPa

Brottgräns (Rm) >= 550 MPa

E modul 193 GPa

Tabell 2: Materialspecifikationer för AISI 316

Materialet är av typen metall legering som har god tålighet mot rost och syror. Materialet används i många områden till exempelvis marinamiljöer.⁸

6 Vinghog AS, Drawing vinghog G3-cone female, 2013-01-23

7 COPPER ALLOY hämtad 2020-05-11

8 AISI TYPE 316 STAINLESS STEEL, ANNEALED BAR HÄMTAD 2020-05-11

7

3.4. Systemet

Systemet består av fyra huvuddelar, vapen, rekyldämpare, kolonn med fäste och pelarlavett.

1: Vapen

2: Rekyldämpare

3: Kolonn med fäste

4: Pelarlavett

3.4.1. Pelarlavett

Pelarlavetten är de stativ som är monterad på båtens däck och är den största delen av systemet. Pelarlavetten finns i ett antal olika modeller till exempel Pelarlavett, Pelarlavett 90 och Pelarlavett 90B. Dessa modeller har sedan modifierats för att passa de olika fartygen. Pelarlavett är den modell som var monterad på HMS Carlskrona då olyckan inträffade. 2018 kom SAAB med rekommendationen att pelarlavetten skulle bytas ut till den nya förstärkta modellen Pelarlavett 90.

1

2

4

3

Figur 1: Den äldre pelarlavetten som stod på HMS Carlskrona.

Figur 2: Pelarlavett 90

8

3.4.2. Kolonn med fäste

Kolonnen är den del som justerar höjden på vapnet och är monterad med hjälp av ett spår och en sprint. Sprinten placeras i ett hål på kolonnen genom det yttre röret på pelarlavetten på detta sätt kan vapnet justeras i sex olika nivåer. Ovanpå kolonnen är fästet monterat för rekyldämparen detta fäste har även inbyggda riktningsstopp för att hindra skytten från att skjuta det egna fartyget.

3.4.3. Rekyldämpare

Rekyldämparen är den del som dämpar rekylkraften från vapnet. Med hjälp av rekylen från vapnet hjälper dämparen att ladda nästa skott.

Rekyldämparen monteras i en pivågaffel vilket sedan monteras på pelarlavetten med hjälp av en pivottapp som placeras i fästet ovanpå kolonnen, det var denna del som fallerade vid olyckan 2013. Idag har en ny standard (Rekyldämpare 18) tagits fram för att undvika att denna olycka ska inträffa igen.⁹

9 SSD Rekyldämpare 18, 2019-10-10 Figur 3: Kolonn med

befintlifgt fäste

Figur 4: Rekyldämpare

9

3.4.4. Vapen

Figur 5: KSP 88 12,7 mm

Vapnet är av modellen KSP 88 och lanserades av Browning 1920 för att användas i

stridsflygplan. På grund av vapnets effektivitet och funktionssäkerhet började vapnet användas som fordonsbeväpning. Vapnet är av en relativt grov kaliber på 12,7 mm och med

pansarbrytande ammunition kunde mindre stridsfordon förstöras. På grund av vapnets goda flexibilitet och hur enkelt de är att manövrera vapnet. Passade de perfekt för båtens ojämna sjögång där de krävs snabba manövrer för att hålla siktet på målet. Detta vapen används först och främst till försvar när båten är på väg att bordas och inte för attack. Då används de större kanonerna eftersom det är effektivare på längre avstånd.¹⁰

3.5. Infästning till RD18

Infästningen till RD 18 är skapad som en modulär del för att kunna anpassas efter pelarlavetten den ska monteras på. Undre plattan (Nr 1 i figur 6) är den del som är utbytbar och anpassad efter pelarlavetten som är monterad på Stridsbåt 90.

Denna del har hål runtom för att montera olika accessoarer, till exempel en sele som användaren kan hänga i.

10 KULSPRUTA 88 hämtad 03-04-20 Figur 6 Exploderad vy av infästningen till RD 18

Figur 7: Infästning till RD 18

10

3.6. Företagens analyser av pelarlavetten

De analyser som har skapats på pelarlavetterna har SAAB, FMV och Svensk Konstruktionstjänst AB utfört. Dessa analyser skapades för att kontrollera hur pelarlavetten påverkas av de krafter den utsätts för samt om pelarlavetten uppnår de krav som är uppsatta på den.

3.6.1. SAAB:s analyser

SAAB:s olika tester och analyser som kretsar runt pelarlavetten.

Dragprovs analys på gammal pelarlavett

Ett deformationstest i form av ett dragprov utfördes på den gamla pelarlavetten då den skulle klara av en horisontalkraft på 5000 N med en utböjning på mindre än 3 mm. Testerna utfördes på fyra pelarlavetter utplacerade på olika positioner på fartyget.

Resultatet av dragprovet på det fyra pelarlavetterna visade att den minsta deformationen var 1 mm och den maximala var 2 mm. Utifrån detta resultat kunde det fastslås att de äldre

pelarlavetterna uppfyllde de uppsatta kraven. ¹¹

Vibrationsanalys på gammal och ny pelarlavett

Vibrationsmätningar utfördes på det äldre samt nya pelarlavetterna på HMS Carlskrona. Dessa mätningar utfördes för att kontrollera att systemet inte förstärker eller förändrar resonansen från drivlinan. Analyserna utfördes på alla påverkade pelarlavetter som befann sig på HMS Carlskrona. Väderförhållandena var detsamma under alla analyser.

Resultatet från mätningarna visade att pelarlavetterna följde drivlinans vibrationer där

resonansen varken förstärktes eller varierades. Slutsatsen av detta resultat var att vibrationerna från drivlinan inte kunde försätta pelarlavetten i egensvängning.¹²

Hållfasthets- och styvhetsberäknings analys på fundament

När de nya pelarlavetterna installerades på HMS Carlskrona behövdes fundamentet analyseras för att kontrollera att inte krafterna blev för stora på båtens däck. De laster som SAAB använde vid analysen var statiska laster på 16 kN utan rekyldämparen samt 3,5 kN med rekyldämpare.

För att systemet inte ska öka den dynamiska kraften krävs det att egenfrekvensen är minst 22 Hz baserat på en högsta skjutfrekvens på 10,6 Hz. Då analysen skapas från ett statiskt fall görs egenfrekvensen om till ett statiskt styvhetskrav på k≥ 2713 N/mm.

11 SAAB, Kontroll av deformation KSP-lavetter, 2015-08-25

12 VIBRATIONSMÄTNING PÅ LAVETT TILL TKSP, 2018-08-31

11

Resultatet från analysen visar att fundamentet klarar av de rekylkrafter den utsätts för. För utböjningen uppnås inte kravet men det är för att pelarlavettens utböjning också påverkar de slutgiltiga resultatet. Om pelarlavetten anses helt stel visar det sig att utböjningen inte blir större än 0,38 mm och 0,33 mm beroende på skjutvinkeln.

Svetsarna anses vara konstruktionens svagaste punkter därför analyseras det för att identifiera hur många skott svetsarna tål innan de fallera. Resultatet visar att svetsarna klarar av minst 121 000 skott utan rekyldämpare samt 11,5*10^6 skott med rekyldämpare. ¹³

3.6.2. FMV:s analyser

FMV analyserade hur stora de verkliga rekylkrafterna var som påverkade pelarlavetten. För att bekräfta de krafter på 2713 N SAAB använde vid deras hållfasthetsberäkningar. Testerna utfördes genom att provskjuta KSP 88 i olika riktningar på olika höjder för att generera de största momenten på pelarlavetten.

För att testet skulle bli godkänt behövde rekylkraften vara under 2713 N. Testet utfördes från en position, position 14 och de behövde inte göra fler tester då liknande krafter ansågs påverka de andra pelarlavetterna.

Resultatet från testerna visade att egenfrekvenserna var minimala och kunde försummas. De rekylkrafterna som påverkade pelarlavetten visade sig vara under 2713 N alltså behövde inte några åtgärder tas. Utböjningen, när rekyldämparen var monterad på högsta positionen,

uppmättes till 4 mm men nere vid pelarlavettens topp var den försumbar. Slutsatsen av detta är att den verkliga rekylkraften ligger under 2713 N och utböjningen var försumbar.¹⁴¹⁵

3.6.3. Svensk Konstruktionstjänst AB:s analys

Svensk Konstruktionstjänst AB fick i uppgift av FMV att utföra ett systemsäkerhetsarbete för pelarlavettens hela system och delsystem. Detta utfördes för att identifiera riskerna i systemet.

De analyserar vådahändelser och utvärderar de funktionella riskerna vilket kan uppstå i systemet och hur de påverkar delsystemen.

Analyserna skapas genom att värdera risker med hur stor sannolikheten är att de inträffar samt bestämma vilka konsekvenser det kan få. Utifrån analysen har en säkerhetsrapport framställts för att kontrollera sannolikheten att skador på person, egendom och yttre miljöer inträffar. Från resultatet av säkerhetsrapporten föreslogs åtgärder för att minimera risken att en olycka skulle

13 HÅLLFASTHETS- OCH STYVHETSBERÄKNING BÄDD FÖR TUNG KSP, 2018-01-24

14 FMV provskjutning med KSP-88 ombord HMS Carlskrona, 2020-03-02

15 Resultat efter provskjutning med KSP 88 ombord HMS Carlskrona, 2020-02-28

12

inträffa. Några av dessa förslag innebar konstruktionsändringar samt mindre ändringar till exempel varningstexter och utbildning.

I resultatet av säkerhetsrapporten togs det fram 19 åtgärder som skulle lösa riskerna. Riskerna finns kvar men kan det anses vara tolerabla då riskerna reduceras genom det rekommenderade åtgärderna.¹⁶¹⁷

3.7. Toleranser

Den generella toleransen som används om inget annat anges i detta projekt är ISO 2768-1m vilket är standarden för bearbetade metalliska artiklar. Denna ISO standard visar hur mycket linjära mått samt vinkelmått får avvika från den utsatta längden på ritningen. Brutna kanter, yttre radier och fashöjder ingår i de linjära måtten men har en egen tabell där den tillåtna avvikelsen avläses från.

16 Systemsäkerhetsutlåtande för M4801-211119 PELARLAVETT på HMS Carlskrona, 2018-11-25

17 Systemsäkerhetsrapport (SAR) för M4801-211119 PELARLAVETT på HMS Carlskrona, 2018-11-06

13

4. Genomförande och resultat

4.1. Koncept

Koncepten tar inspiration från hur den undre plattan på fästet för RD18 såg ut med dess olika infästningar och former då den är granskad och godkänd för användning.

4.1.1. Dubbel topp platta

Detta koncept är det enklaste konceptet då den enbart utgår från det befintliga delarna.

Konceptet använder sig utav en platta högst upp som vapenfästet monteras med bultar, likadant som den monteras på Stridsbåt 90. Under cylindern är infästningen till kolonnen, den följer dimensionerna enligt den befintliga infästningen.

Fördelen med detta koncept är att den följer de befintliga måtten på alla delar. Detta innebär att delarna kommer passa då måtten inte ändras.

Nackdelen med denna del är att en förhöjning sker vilket ökar krafterna som pelarlavetten utsätts för.

Figur 8: Koncept skiss av dubbel topp platta

14

4.1.2. Dubbel nedre platta

Detta koncept liknar Dubbel topp plattan men att plattan som var placerad på toppen har nu flyttats ner till den nedre delen av infästningen till kolonnen.

Fördelen med detta koncept är att höjdförändringen inte blir lika stor som Dubbel topp plattan vilket resulterar i att det blir ett lägre moment som påverkar systemet.

Nackdelen med detta koncept är att den inre cylinderns tjocklek behöver halveras för att den ska passa inuti infästningen till RD 18.

Figur 9: Koncept skiss av dubbel nedre platta

4.1.3. Utbytesplatta

Detta koncept utgår från den befintliga underplattan på infästningen till RD 18. Konceptet kommer då ersätta den plattan vilket betyder att den kan konstrueras utefter samma mått.

Vilket resulterar i att det inte blir någon höjdskillnad.

Nackdelen med konceptet är att plattan och cylindern blir smalare vilket betyder att hållfastheten måste kontrolleras.

Figur 10: Koncept skiss av utbytesplatta

15

4.2. PUGH

Bedömningen poängsattes mellan 1–4 där 1 är lågt poäng och följer då inte de kritiska

egenskaperna som är uppsatta, 4 är högsta poängen vilket betyder att de kritiska egenskaperna följs. Poängen summeras och det koncept med högst poäng kommer att väljas.

Kritiska egenskaper/

Koncept

Dubbel topp

platta

Dubbel nedre

platta

Utbytesplatta

Samma höjd som

tidigare

1 2 4

Komplexitet 4 4 2

Hållbarhet 1 3 3

Egenskaper 2 2 4

Resultat 8 11 13

Tabell 3: PUGH matris som jämför koncepten med varandra med hänsyn på kritiska egenskaperna.

Konceptet som är lämpligast utifrån de kritiska egenskaperna är utbytesplattan då den fått högst poäng.

16

4.3. Modellering och simulering

Modellering och simuleringar av prototyper kan ses som en iterativ process där modellen itereras och simuleras flera gånger för att få de önskade resultatet.

Simuleringarna skapades med hjälp av en ”dummy” del för att representera den höjd som krafterna kommer verka på modellen (Figur 11). Alla simuleringar skapades med materialet AISI 316 då det används på den ursprungliga plattan. Resultatet på simuleringarna kommer att redovisas enligt von Mises spänning i MPa.

Figur 11: Modell på vart krafterna verkar på konceptet

17

Mått

Måtten anges i millimeter (mm).

Höjd på:

Ursprungs infästningen 105

Hela systemet 1634

Höjd på infästning till RD18 105

De huvudsakliga måtten modellerna kommer följa enligt den ursprungliga plattan är:

Ytterdiameter Y 139,7

Innerdiameter I 50

Håldiameter H 80

Nedsänkningsdiameter N 95,1

Tjocklek på cylinder TC 7,5

Tjocklek på yttre cirkeln TY 12

Tjocklek på inre cirkeln TI 7

Figur 12: Namn och storlek på de mått som används för att skapa modellen.

18

4.3.1. Modell 1

Den första modellen skapades för att efterlikna den ursprungliga plattans dimensioner och hur den första skissen på utbytesplattan såg ut (Figur 12).

Figur 13: Första modellen som skapades för att se hur krafterna skulle fördelas på den.

När denna modell monteras ihop med nya infästningen kommer den att bibehålla samma totala höjd på 105 mm enligt ursprungliga infästningen.

19

Simulering modell 1

Resultatet av simuleringen på modell 1 blev följande (se Figur 14).

Figur 14: Resultatet av simuleringen för modell 1. Krafterna anges enligt von Mises i MPa.

Ur figur 14 avläses att den maximala spänningen överstiger sträckgränsen på 240 MPa på ett flertal positioner i modellen. Största spänningen uppstår mellan cylindern och inre cirkeln.

Detta resulterar i att denna del inte håller för de uppsatta krafterna.

20

4.3.2. Modell 2, 3 och 4

Då Modell 1 inte uppfyllde det uppsatta kraven skapades tre nya modeller för att testa hur materialet uppträdde när mer material lades till. Den första förändringen på dessa modeller var att inre cirkeln togs bort vilket resulterar i att modellen blir lika tjock överallt.

De tjocklekar som valdes att analyseras var:

Cirkel tjocklek på 12 mm.

Resulterar i en höjd ökning på 5 mm

Cirkel tjocklek på 15 mm.

Resulterar i en höjdökning på 8 mm.

Cirkel tjocklek på 22 mm.

Resulterar i en höjdökning på 15 mm.

Figur 17: 22 mm tjock platta.

Figur 16: 15 mm tjock platta.

Figur 15: 12 mm tjock platta.

21

Simulering modell 2, 12 mm

Resultatet (se Figur 18) visar att de fortfarande är en hög spänningskoncentration på kanten mellan plattan och cylindern. Denna spänningskoncentration är högre än 240 MPa vilket överstiger sträckgränsen detta leder till att delen kommer deformeras.

Simulering modell 3, 15 mm

Figur 19 visar lägre spänningar i det utsatta området dock överstiger det fortfarande sträckgränsen då det utsatta området har en spänning mellan 200 och 290 MPa.

Figur 19: Spänningarna mäts enligt von Mises i MPa.

Figur 18: Spänningarna mäts enligt von Mises i MPa.

22

Simulering modell 4, 22 mm

Ur figur 20 avläses att spänningen på de påverkade områdena ligger under 200 MPa vilket är under sträckgränsen.

Då modellen höll för skjutkrafterna i x riktningen skapades det en simulering där

skjutriktningen ändrades till y riktningen. För att simulera hur modellen skulle påverkas när vapnet ändrar riktning och bulthålen hamnar i linje med skjutriktningen.

Figur 21: Spänningarna mäts enligt von Mises i MPa.

Figur 20: Spänningarna mäts enligt von Mises i MPa.

23

När skjutriktningen ändrades till Y riktningen resulterade det i att spänningarna blev mindre än i X riktningen. Detta resultat uppnår även kravet på att modellen ska uppnå en säkerhetsfaktor på 1.5 mot sträckgränsen.

Ritning till Modell 4 finns i bilaga 1.

3D - print

Då modell 4 uppnådde de utsatta kraven skapades det en 3D skriven prototyp för att kunna prov montera den samt för att få en bättre översikt på hur den verkliga modellen kommer att se ut.

Figur 22: Modell 4 ovanifrån.

Figur 23: Modell 4 underifrån

24

4.4. Riskanalys

Riskanalysen tillämpas i form av en PHL (Preliminary hazard risk) vilket är en

riskanalys för koncept. Konceptets riskanalys söker de tidigt potentiella risker som

detaljen kan ha.

4.4.1. Integrationsanalys (IMSC)

En riskanalys på integrationen mellan pelarlavetten och nya konceptet skapades då en

liten förändring av höjden tillkom när konceptets tjocklek ökade.

4.4.2. Konsekvens av personskada

Klassning av skador Utfallet av personskada

I

^Dödsfall

II

Allvarligt skadad

III

Mindre allvarlig skadad

IV

Försumbar skada

Tabell 4: Klassning av skador och dess utfall på skada.

4.4.3. Kategorisering av olyckssannolikhet

Klassning av sannolikheten

Beskrivning av olyckssannolikhet, för ett exemplar av systemet

Sannolikhet under livslängden. %

A

Kommer troligen att inträffa frekvent > 10^$%

B

Kommer att inträffa flera gånger under livslängden

10^$& − 10^$%

C

Kan inträffa någon gång under livslängden 10^$) − 10^$&

D

Osannolikt men möjligt att olyckan inträffar någon gång under livslängden

10^$* − 10^$)

E

Så osannolikt att olyckan inte bedöms inträffa någon gång under livslängden

< 10^$,

Tabell 5: Klassning av sannolikhet att en skada sker och beskrivning på dem.

25

4.4.4. Riskmatris för personskada

Sannolikhet

Skadeklass

A B C D E

I

ET ET ET ET T

II

ET ET ET BT T

III

ET BT BT T T

IV

BT T T T T

Tabell 6: T = Tolerabel, BT = Begränsad Tolerabel och ET = Ej Tolerabel.

4.4.5. Risklogg

Riskloggen ersätter PHL riskanalys och IMSC riskanalys. Bilaga 2.

Riskloggen identifierar de riskkällor som kan orsaka att en personskada inträffar. Händelser som kan leda till en vådaskada analyseras och gives en risk med avseende på sannolikhet att de inträffar samt vilka konsekvenser de får. När de har analyserats och blivit bedömda anges en klassning om det är tolerabelt eller inte och vilka åtgärder det krävs för att den ska bli tolerabel.

4.4.6. Resultat från risklogg

Resultatet av riskloggen visade, innan åtgärder, vara ej tolerabla och begränsad tolerabel på flera av de riskerna som tagits fram. Riskerna som blev ej tolerabla då konceptet ej klarade av de utsatta krafterna på flera ställen vilket skulle leda till haveri och en olycka vid användning i verkligheten. Andra riskerna som skulle leda till begränsad tolerabel skada var saker som

handlar om slarvfel och liknande då utbildning saknas. Integrations risken mellan konceptet och pelarlavetten sågs som en tolerabel risk.

Efter åtgärderna anses nu riskerna med en ny iteration vara tolerabla på alla nivåer.

26

5. Diskussion

Tanken bakom konceptet var att det skulle användas mycket av de befintliga materialen för att inte behöva modifiera mer delar än nödvändigt. Detta innebar att bara två delar behövdes ersättas i hela systemet för att montera den nya infästningen. De delar som kommer försvinna är den äldre infästningen som är monterad på det befintliga pelarlavetterna samt den undre plattan för infästningen till RD 18. Dessa delar kommer att ersättas av utbytesplattan för att integrera den nya infästningen med kolonnen.

Det första konceptet som skapades utgick endast efter den platta som infästningen till RD 18 var monterad på. Denna infästning monterades på ytterligare en platta ovanpå pelarlavetten vilket är monterad på Stridsbåt 90. Detta innebar att den totala tjockleken på dessa två plattor översteg 20 mm. Då Pelarlavett 90 inte har den plattan resulterade det i att utbytesplattan endast blev 7 mm tjock vilket inte alls tålde de belastningar den utsattes för. Detta innebar att plattan behövde göras tjockare, vilket resulterade i att en höjdökning inträffade. Utbytesplattan blev 22 mm tjock vilket innebar en höjdökning på 15 mm. Denna höjdökning resulterade i att ett större moment påverkar resterande delen av systemet. Ursprungliga höjden för rekylkraften var 1634 mm enligt SAAB:s hållfasthetsberäkningar vilket innebär att den nya höjden blir 1649 mm.

Det är en höjdökning på 0,9 % vilket kan försummas då den kraftökningen är så pass liten.

Från simuleringen för modell 4 då kraften verkar i x riktningen, uppnås nästan det krav på ~1,5 säkerhetsfaktorn mot sträckgränsen. Detta anses ändå som godkänt då simuleringarna visar exakta värden i en perfekt verklighet. Värdena kan även vara större än vad det egentligen är då

“dummy” delen, som skapades för att krafterna skulle verka från rätt höjd, var för styv. Vilket betyder att den inte nödvändigtvis dämpar lika stora krafter som det verkliga systemet hade gjort. Det utfördes även en simulering då kraften sattes till 2713 N, enligt SAAB:s analyser, det bekräftades av FMV att den verkliga rekylkraften inte översteg 2713 N.

27

Figur 24: Spänningarna mäts enligt von Mises i MPa. Resultatet visar hur spänningarna fördelas vid en kraft på 2713 N.

Vid närmare analyser av detta resultat visar sig att den maximala spänningen endast är cirka 100 MPa vilket är över 2 i säkerhetsfaktor mot sträckgränsen. Detta innebär att denna del kommer att hålla för det krafter den utsätts för i verkligheten.

Riskerna som fanns på konceptet kunde reduceras till tolerabla nivåer genom att förändra konceptet utifrån iterationer utan att ändra de ursprungliga egenskaperna. Riskerna som identifierades på modell 1 visade sig vara ej tolerabla då den ej ansågs klara av krafterna den utsätts för. Efter att det rekommenderade åtgärderna vidtagits reducerades riskerna och de bekräftas av det nya beräkningarna på modell 4.

Integreringen av konceptet och pelarlavetten innebär inte någon risk som behöver åtgärdas.

Detta på grund av att den höjning som gjordes på konceptet inte påverka de krav som är uppsatta för Pelarlavett 90. Risken finns med i riskloggen då en förändring av höjden på konceptet innebar att egenskaperna hos pelarlavetten hade kunnat påverkats.

28

6. Slutsats

Utifrån resultatet från hållfasthetsberäkningarna och de identifierade riskerna anses konceptet uppnå de uppsatta kraven vilket resulterar i en hållbar och säker lösning.

7. Framtida studier

För att detta förslag till lösning ska kunna implementeras i verkligheten behöver några fler analyser utföras. Det behöver utföras fler simuleringar för att analysera hur modellen påverkas av krafter i andra riktningar, till exempel vid avfyrning mot luftmål. Då kommer kraften att trycka ner på materialet istället för att endast verka i sidled.

När dessa krafter blivit analyserade behöver livslängden analyseras mot utmattning beroende på antal skott samt båtens olika vibrationer från drivlina och sjögång. Ytterligare analyser behövs tas fram på materialet, även olika material, för att se hur de påverkas av den påfrestande miljön till havs.

En prototyp i verkligt material ska sedan framställas för att verkliga tester och analyser ska utföras på modellen.

29

8. Källförteckning

Fotnot nr:

1:https://sok.riksarkivet.se/nad?Sokord=f%C3%B6rsvarets+materielverk&page=1&postid=Arkis+B5CC2B F7-4CE6-4AB0-8CF8-EAAAD78F6803&tab=post&FacettState=undefined%3Ac%7C#tab

2: M7739: 352022 3: M7739: 352023

4: Diarienummer: 20FMV141-2:1 5: Dokument ID: 01-41025460-000-00 6: Ritnings ID: 176 51

7: https://www.johnson-metall.com/img/file.php?id=60454

8: http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=MQ316J 9: Diarienummer: 19FMV611-5_1

10: https://www.forsvarsmakten.se/sv/information-och-fakta/materiel-och-teknik/vapen/kulspruta-88/

11: Dokument ID: 01-41024645-000-00 12: Dokument ID: 01-41034625-000-00 13: Dokument ID: 01-41025460-000-00 14: Diarienummer: 20FMV141-2:1 15: Diarienummer: 20FMV663-4:1 16: Dokument-ID: 37 051

17: Dokument-ID: 37 050

Bildkällor

Figur 1: https://www.svd.se/intensiv-tid-vantar-de-svenska-piratjagarna hämtad 2020-05-23 Skriven av Josef el Mahid 2010-08-13

30

8. Bilagor

A

A

B

B

C

C

22

139,7

30

65 M50

40 6x 8

6x 16,5

90

1

10

15

50

10 6

24xM6

R1,6 12

7,5

30

AISI 316

ISO 2768-1m

Material Tolerans

Projektion

Utbytesplatta

1 (1)

Titel Blad

Examensarbete

0,500

Kurs:

Skala

VT20

C

JHL

Termin Revision

Företag Skapad av

Granskare

SECTION A-A

SECTION B-B

SECTION C-C

Bilaga 1

Riskreducering Risk id / nr Riskkälla Olycksbeskrivning Skadeklass före åtgärd -

Personskada

Sannolikhet/ Frekvens (A-E enligt riskmatris) för olycka per

skadeklass I-IV

Risknivå T, BT, ET (Alla fyran nivåer ska vara ifyllda)*

Förslag till åtgärd(er) i

kategori(er) (D) = Design (S)= Skyddsanordning (V)= Varning (I)= Instruktion (U)= Utbildning

Anmärkningar Skadeklass före åtgärd - Personskada

Sannolikhet/ Frekvens (A-E enligt riskmatris) för olycka per

skadeklass I-IV

Risknivå T, BT, ET (Alla fyran nivåer ska vara ifyllda)*

Anmärkningar

I - Dödsfall E T I - Dödsfall E T

II - Allvarlig C ET II - Allvarlig E T

III - Min. Allvarlig B BT III - Min. Allvarlig E T

IV - Försumbar B T IV - Försumbar D T

I - Dödsfall E ET I - Dödsfall E T

II - Allvarlig D BT II - Allvarlig E T

III - Min. Allvarlig B BT III - Min. Allvarlig D T

IV - Försumbar B T IV - Försumbar D T

I - Dödsfall E T I - Dödsfall E T

II - Allvarlig C ET II - Allvarlig E T

III - Min. Allvarlig B BT III - Min. Allvarlig E T

IV - Försumbar B T IV - Försumbar D T

I - Dödsfall E T I - Dödsfall E T

II - Allvarlig D BT II - Allvarlig E T

III - Min. Allvarlig B BT III - Min. Allvarlig E T

IV - Försumbar B T IV - Försumbar E T

I - Dödsfall E T I - Dödsfall E T

II - Allvarlig E T II - Allvarlig E T

III - Min. Allvarlig B BT III - Min. Allvarlig D T

IV - Försumbar B T IV - Försumbar D T

I - Dödsfall E T I - Dödsfall E T

II - Allvarlig E T II - Allvarlig E T

III - Min. Allvarlig E T III - Min. Allvarlig E T

IV - Försumbar E T IV - Försumbar E T

P6 Pelarlavett Pelarlavetten uppnår inte längre kraven då den nya delen ökar totalhöjden på systemet

Förändringen i höjd kommer inte påverka något markant på pelarlavetten.

P5 Utbytesp-

latta

Risk för klämmning mellan vapenfäste och

utbytesplatta vid installation

Utbildning, Varning och Instruktion. (U, I)

P4 Utbytesp-

latta

Nya utbytesplattan följer inte de mått för att passa till vapenfästet till RD18, spelrum finns och vapnet hoppar ur och faller på person

Ändra dimensionerna så att det passar.

Design. (D)

Referens behövs för att göra måtten bra, och efter det göra åtgärder vid behov

Denna risk elimineras då utbytesplattan följer nu den befintliga plattans mått.

P3 Utbytesp-

latta

Utbytesplattan blir defekt i skruvhålen under skjutning, materialet ger efter och faller på person

Omkonstruktion,

materialbyte Design. (D)

Behöver itereras för att klara av krafterna.

Utbytes plattan gjordes tjockare.

P2 Utbytesp-

latta

Skruvarna är inte tillräckligt åtdragna, vapnet med fäste lossnar och skadar person

Utbildning, Daglig tillsyn, kontroll före skjutning samt Varningar och Instruktioner.

(U, I)

Ingen anmärkning utom förslag till åtgärderna

Riskidentifiering Riskvärdering Ny riskvärdering efter reducering

Riskmatris Riskmatris

P1 Utbytesp-

latta

Risken att den gängande delen har för tunna väggar på Utbytesplattan, går sönder och vapnet faller på person

Omkonstruktion på den gängade delen Design. (D)

Förstora krafter blir det som påverkar kanten till kolonnfästet och den tunna platta delen.

Bilaga 2