Die Hydrodynamik des Segelns

Die Hydrodynamik – wie also das Wasser die Geschwindigkeit beim Segeln beeinflusst
Als ich das erste Mal von einem Lateralplan gehört habe, dachte ich an eine Zeichnung – also an einen Plan. Beim Lateralplan handelt es sich um die Fläche – die von der Querseite des Schiffs gesehen – unter der Wasseroberfläche liegt. Diese Fläche verhindert die Abdrift mit dem Wind. Das ein Schiff einen Widerstand braucht – um gegen den Wind zu segeln, das war mir damals neu. Das hat sich mir vom Erzählen damals noch nicht erschlossen.

Dabei gibt es drei interessante Grundsätze: Länge (eines Segelschiffs)  läuft. Dies bedeutet also, dass lange und schlanke Bootskörper schnell sind. Ein zu große Bootslänge reduziert die Manövrierbarkeit erheblich. Daher müssen dann Kompromisse eingegangen werden, wie ein rundes Heck (das dann wieder zu mehr Abdrift führt).
Parallel möchte man ja immer schneller segeln als die Anderen. Eine Möglichkeit besteht darin den Widerstand zu verringern und quasi nur mit einem Teil des Schiffes mit dem Wasser verbunden zu sein: das Gleiten (dazu braucht es ein flaches und breites Heck).

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FD Regatta am Achensee, Foto freigegeben von Johannes Rossteuscher

 

Beim Gleiten schiebt sich das Boot über die eigene Bugwelle, der Widerstand wird sprunghaft kleiner und bei ausreichendem Auftrieb (durch ein flaches und breites Heck) bildet sich zusätzlich ein dynamischer Auftrieb. Mit diesen Faktoren kann beim Gleiten eine Geschwindigkeit erreicht werden, die schneller als die Windgeschwindigkeit ist.

Die Bootsklassen Laser, FD, 49er und Skiff sind solche Jollen, die gleiten können. Auf Raumschot Kurs (also wenn der Wind seitlich von hinten kommt und sich Staudruck und Sogwirkung optimal addieren) sind solche Schiffe kaum mehr zu stoppen.

Diese Konstruktion wurde auch bei Tee Klippern (Segelschiffe mit knapp hundert Metern Länge) gebaut. Die mir bekannte Konstruktion stammt aus dem Ende des 19. Jahrhunderts; wie z. B. der „Cutty Sark“. Bei den langen Törns dieser Klipper z. B. von Australien nach England – um die Südspitze von Afrika herum – haben solche Schiffe durch den Gleiteffekt die Reisezeit um mehrere Tage bis Wochen verkürzt.
Cutty Sark der legendäre britische Tee Clipper

Ein ganz anderer Weg höhere Geschwindigkeit zu erreichen, ist die Verwendung von mehreren Rümpfen. Bei den hohen Wellen im Meer war die fehlende Steifigkeit dieser Konstruktion stets das Hemmnis so etwas bei größeren Schiffen einzusetzen. Beim Einsatz im Binnenbereich oder bei Wettfahrten, waren diese Bedingungen überschaubar. So wurde z.B. beim Katamaran (Cat) die Form der Schwimmer so optimiert, dass diese Bootsklassen bei Windstärken von 2 bis 5 Beaufort superschnell sind. Erst bei höheren Windgeschwindigkeiten können Sie gegenüber den gleitenden Jollen auf Raumschotkursen kaum mehr mithalten.

Der Grund für die hohen Geschwindigkeiten der Cats liegt in den schmalen Rümpfen. Diese haben im Vergleich zu Jollen einen wesentlich geringeren Widerstand. Zudem können Cats auf einem Schwimmer segeln – was noch weniger Widerstand bedeutet – was sich nochmals positiv auf die Geschwindigkeit auswirkt. Da ein Cat auch bei geringem Wind rasch in Fahrt kommt, kann es auch dazu kommen, dass der eigene Fahrtwind, der profilierte und der drehbare Mast die Sogwirkung des Segels verbessert. Der Cat saugt sich quasi in den Wind.

Das ist auch bei anderen Segelschiffen so, nur ist es weniger spürbar, da die hydrodynamischen Gegebenheiten hier anders sind. Diesen Effekt muss man erlebt haben, sonst glaubt man ihn nicht.

Die neueste Technik – Tragflächen (Foils)

Eine weitere Technologie Schiffe schneller zu machen, liegt in den Tragflächen. Jeder kennt sicher die Tragflächenboote, die sich ab einer gewissen Geschwindigkeit dann wie magisch aus dem Wasser heben. Der induzierte Widerstand nimmt hierbei ab und das Schiff kann schneller fahren.

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Foto freigegeben für „fitbleibenmitsegeln“ von Mischa Heemskerk -Cat mit Foils 

Hier ein Beispiel der NACRA Klasse

Beim Segelsport versucht man diesen Effekt seit den 60er Jahren zu verstehen und anzuwenden. Heute gibt es mit Carbon, niedrigen Gewichten und aufwendigen Simulationen (um das beste Profil zu finden) interessante Entwicklungen.