Zugegeben: Ob der Wind

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2 Zugegeben: Ob der Wind nun durch den Spalt zwischen Groß- und Vorsegel düst oder ganz im Gegenteil dort gebremst wird für den erfolgreichen rimm einer Yacht ist das genaue Wissen über die Aerodynamik des Segels nicht notwendig. Es reichen die in der Praxis erworbenen Erfahrungen, wann und unter welchen Wind- und Seegangsbedingungen was zu tun ist, um die Segel optimal anzupassen allemal. So gehört beispielsweise heute noch die fälschlicherweise so genannte Düse oder der Gegenbauch zu den Evergreens zahlreicher Lehrbücher, ohne dass die Seglerwelt durch diese Fehlinterpretationen Schaden genommen hätte. Aber wenn auch die Kenntnis über die physikalischen Vorgänge am Segel für die richtige Bedienung einer Yacht nicht zwingend notwendig ist, so sollten Segler sie sich doch aneignen. Denn die Physik der Strömungslehre ist nicht nur so faszinierend wie spannend, sie eröffnet auch einen ganz anderen Blick auf diese geniale Windmaschine aus uch, Drähten und Spieren, die das Wunder vollbringt, eine Yacht gegen den Wind segeln zu lassen.

3 Im Wesentlichen sind es lediglich zwei physikalische Phänomene, die den Vortrieb eines Bootes oder den Auftrieb eines Flugzeugs möglich machen. Die Adhäsion: Mit ihr bezeichnet man das Vermögen eines Fluids (Luft oder Wasser), an festen Oberflächen zu haften, sodass es auch gekrümmte Flächen umströmen kann, ohne sich abzulösen. Und die atsache, dass über einer Fläche beschleunigter Luftmassen der Druck fällt, während er beim Abbremsen der Strömungsgeschwindigkeit im gleichen Verhältnis steigt, wie der Physiker Daniel Bernoulli bereits im 18. Jahrhundert herausfand. Mit diesem Verhalten der Luftströmung lässt sich nun der Vortrieb eines segelnden Bootes erklären und die Mär von der Düse endgültig widerlegen. Sie besagt, dass angeblich in dem Spalt zwischen Vor- und Großsegel die einströmende Luft durch die trichterförmige Verengung komprimiert mit erhöhter Geschwindigkeit auf das Großsegel trifft und damit seine Leistung erhöht. Das klingt zwar wunderbar einleuchtend, kann aber so nicht funktionieren: Die verhältnismäßig langsame Fahrt eines Bootes durchs Wasser und die auftretenden Windgeschwindigkeiten reichen bei Weitem nicht aus, um die anströmende Luftmasse so stark zusammenzupressen, dass sie durch den Spalt gedrückt werden könnte. Deswegen stellt der Spalt ein indernis dar, dem der eil der Luftmasse ausweichen muss, der nicht hindurch passt. Zu vergleichen mit einem richter, durch den nur eine gewisse Menge Wasser fließen kann. Je enger die Abflussöffnung ist und je größer die Menge Wasser, die hineingeschüttet wird, desto mehr läuft über. Wo bleibt aber nun die Luftmasse, die nicht durch den Spalt passt? Sie muss zur Leeseite des Vorsegels ausweichen. Der Grund: Die Luftteilchen auf dieser Seite werden durch den Anstellwinkel des Segels und der gekrümmten Fläche beschleunigt, da sie einen etwas längeren Weg als ihre Brüder in Luv zurückzulegen haben. Und nach einem weiteren Gesetz der Strömungslehre müssen sich beide am Ende des indernisses wieder vereinen, damit anschließend der gleiche Zustand wie vor dem Auftreffen auf das indernis hergestellt ist. Der aufmerksame Leser wird nun einwenden, dass, anders als die ragfläche eines Flugzeugs, das dünne Segeltuch auf beiden Seiten die gleiche Krümmung aufweist, also die Luftteilchen den gleichen Weg zurückzulegen haben. Das ist richtig, aber die Luftströmung auf der Leeseite eines Segels ist gezwungen, der Krümmung des ügels zu folgen, während sie auf der Luvseite über das al gradliniger abkürzen kann, also langsamer fließt. Den Spalt zwischen Vor- und Großsegel als Düse zu bezeichnen, hat bereits einen langen, weißen Bart, denn diese ypothese geht auf das Segelgenie Manfred Curry (Bootskonstrukteur, Arzt, Wissenschaftler, Buchautor, Erfinder, 1899 bis 1953) zurück. Curry, der erfolgreich an über Regatten teilnahm, entwickelte zahlreiche Neuerungen in der Segeltechnik wie die Curry- Klemme und bewies unter anderem bereits damals die Überlegenheit des durchgelatteten Großsegels am Beispiel der Vogelschwinge. Er entwickelte in den zwanziger Jahren des letzten Jahrhunderts bei Versuchen im Windkanal des Flugzeugbauers Junkers die Düsentheorie. Seitdem ist dieses Missverständnis der aerodynamischen Vorgänge am Segel nicht totzukriegen. Beschleunigung bedeutet Druckabfall. Auf der Leeseite herrscht also ein ief, in das die überschüssige Luftmasse höheren Drucks der Luvseite talwärts gesogen wird. Dabei teilt sich die Luftmasse vor dem Bereich des Spaltes in diejenige die hindurch passt und der überschüssigen Masse, die zur Leeseite ausweichen muss. Je enger der Spalt, desto stärker wird die Strömung mit entsprechendem Druckanstieg durch ihn gebremst und umso größer ist der zum Ausweichen gezwungene Anteil der Luftmasse. Sie weiß also bereits

4 vor dem Auftreffen auf das indernis in Form von Rigg und Segel, wie viel Luft durch den Spalt passt und welche Menge ausweichen muss. Die Grenze, an der die Strömung wie auf einer Wasserscheide auseinanderfließt, bezeichnet man als Staulinie und dort, wo sie auf die Vorkante des Segels trifft, als Staupunkt. Dieser Punkt hat eine Schlüsselfunktion für das Segeln am Wind: Je enger der Spalt eingestellt ist, desto stärker müssen sich die Strömungslinien seiner Form anpassen. Dabei wölben sie sich mit der Staulinie zum Spalt hin, wobei die Staupunkte beider Segel weiter in den Spalt verlagert werden. Dies bedeutet, dass die stärker gebogenen Staulinien in einem entsprechend größeren Winkel auf die Sehnen der Segelprofile treffen. Die Folge: Das Boot lässt sich soweit anluven, bis die Staupunkte die Stelle erreichen, wo sie mit nur einem Segel, also ohne Einfluss des Spaltes sein würden. So erklärt sich die atsache, dass zum öhelaufen mit ilfe der Schoten und des ravellers der Spalt verengt werden sollte. Außerdem wird nun klar, warum Boote nur mit Großsegel (Cat-Boote) nicht soviel öhe segeln können wie solche mit überlappendem Vorsegel. Der Anstellwinkel eines Segels wird zwischen der Sehne des Segelprofils und der Richtung des scheinbaren Windes gemessen. Je größer der Anstellwinkel durch olen der Schoten, desto stärker wirkt sich die Wölbung des Profils auf die Strömung in Lee der Segel aus: Durch den längeren Weg um die Kurve der Wölbung müssen die Luftteilchen sich immer mehr beeilen, damit sie gleichzeitig mit denen der gradliniger verlaufenden Strömung in Luv am Achterliek ankommen.

5 Zudem wird die leeseitige Strömung des Vorsegels noch durch die überschüssige Luftmasse aus dem och des Spaltes beliefert, sodass entsprechend mehr Luftteilchen um die gekrümmte Fläche gezwungen werden, welche die Strömungsgeschwindigkeit weiter erhöhen. Der Unterdruck steigt und damit der Vortrieb, eine senkrecht zu den Strömungslinien nach außen gerichtete Kraft. Wird allerdings der Anstellwinkel zu groß und die Luftteilchen zu stark beschleunigt, schaffen sie die Kurve nicht mehr: Die Strömung wird, wie andere Massen auch, aus der Kurve getragen. Sie löst sich ab, verwirbelt und der Vortrieb bricht zusammen. Das Boot schiebt nur noch übermäßig Lage und luvt unkontrolliert an. Dies verhindert man im Starkwind durch das Abflachen des Profils mit ilfe der Mastbiegung über den Achterstagspanner oder indem der Anstellwinkel des Profils durch Fieren des ravellers oder der Schoten (größerer wist) verkleinert wird. Ist die Strömungsgeschwindigkeit dagegen zu gering, hat der Luftstrom nicht genügend Energie, die scharfe Kurve zu nehmen. Damit er sich nicht ablöst, müssen dann auf gleiche Weise die Anstellwinkel der Segel verringert werden. Das Ablösen der Strömung an den Oberflächen der Segel geschieht noch aus einem anderen Grund: dem zu krassen Anstieg des Drucks auf der letzten älfte des Großsegels. Durch die starke Krümmung des Vorsegelprofils im vorderen Bereich erreicht die Luftströmung hier ihre höchste Geschwindigkeit und bewirkt entsprechend niedrigen Druck. Grafisch dargestellt drängen sich die Stromlinien dann am engsten zusammen. Anschließend weiten sie sich wieder, bis sie hinter dem Achterliek den gleichen Abstand haben wie vor dem indernis. Findet jedoch die Strömung nicht genügend Weg, um über die Reibung an der Segeloberfläche Geschwindigkeit zu verlieren, muss der Druck zum Achterliek so abrupt ansteigen, dass es zur Ablösung und damit zur Verwirbelung kommt. Überzieht man beispielsweise mit dem raveller den Anstellwinkel des Segels und erhöht so die Krümmung der Anschnittkante, reicht die Energie der Strömung nicht mehr aus, um den Berg des steilen Druckanstiegs zu überwinden. Durch die zu schmale Fläche werden die Strömungslinien gezwungen, sich bis zum Achterliek in einem zu starken Maße zu weiten, um wieder den Ur zustand vor dem Segel zu erreichen. Anders ausgedrückt: Die flächennahe Luftschicht verdickt sich plötzlich so stark, dass sie nicht mehr die Kraft hat, sich zu halten. Die Strömung reißt ab, bildet eine Wirbelschleppe und der Vortrieb bricht zusammen. Diese Vorgänge lassen sich mit einem einfachen Beispiel (nach Prantl) besonders gut veranschaulichen: Man stelle sich Kugeln vor, die einen Abhang hinunterrollen, dessen Steilheit die öhe des Druckabfalls im vorderen Bereich des Profils darstellen soll. Die alsohle wäre dann die größte Profiltiefe, also der tiefste Druck. Die

6 Kugeln können aber nur dann den folgenden ang die Segelfläche bis zum Achterliek überwinden, wenn sie über genügend hohe Energie (Windgeschwindigkeit) verfügen. Außerdem muss der ang im richtigen Verhältnis ansteigen, sonst rollen die Kugeln wieder zurück die Strömung löst sich ab. So erklärt sich auch, warum in schwacher Brise eine stark gerundete Anschnittkante nachteilig ist: Die Luftströmung hat zu wenig Energie, die Kurve zu nehmen die Kugeln haben zu wenig Schwung. flacher getrimmt werden, damit die energiereiche, schnell strömende Luft nicht durch einen zu abrupt ansteigenden Druck zum Ablösen gezwungen wird (die schnell rollenden Kugeln können den zu steil ansteigenden ang nicht überwinden). Dabei setzt man das Fall kräftig durch, um die größte Profiltiefe vor der Mitte des Segels zu halten, und trimmt das Segel mit ilfe der Mastkrümmung flacher. Mit dem rimm der Segel versucht man also stets den Druckabfall und Druckanstieg im richtigen Verhältnis und damit den Widerstand durch Verwirbelung so gering wie möglich zu halten. Öffnet man beispielsweise den Spalt zu weit, wird zu wenig Stau erzeugt und damit die Leistung des Vorsegels vermindert. Ein zu enger Spalt dagegen bewirkt zu großen Stau: Aus dem stark verengten richter muss eine entsprechend große Luftmasse über die Leeseite des Segels ausweichen. Sie beschleunigt dabei so stark, dass sie sich bereits an der Krümmung der Anschnittkante ablöst. Das uch des Großsegels wird nicht mehr genügend umströmt, es fällt ein und bildet den sogenannten Gegenbauch. Er entsteht also nicht etwa durch einen starken Luftstrom aus der engen Düse, sondern weil hier gerade Windstille herrscht. Ein zu enger Spalt kann sogar bewirken, dass die Luft auf der Druckseite des Segels schneller strömt und damit höheren Unterdruck erzeugt, der das uch regelrecht nach Luv ansaugen kann. Erfahrene Segler trimmen deshalb in schwacher Brise ihre Segelprofile an den Anschnittkanten mit geringerer Vorliekspannung flacher (während die größte Profiltiefe sich weiter nach achtern verlagert). Dabei fallen sie etwas ab, um den Anstellwinkel und damit die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen: Das Boot wird deutlich schneller und segelt nur unwesentlich tiefer. Auch im Starkwind sollten aus diesem Grunde die Segelprofile

7 Ruderdruck und die Lage kontrolliert werden. Die Fläche des Großsegels wirkt auch als Bremsweg für die schnelle Leeströmung des Vorsegels, damit der Druckanstieg zum Achterliek nicht zu abrupt geschieht. Schon aus diesem Grund sollten stark überlappende Genuas (über 150%) nur bei mäßigen Winden gefahren werden. Auch als albwinder bezeichnet, eignen sie sich weder für Kurse hoch am Wind (zu enger Spalt, Gegenbauch) noch für tiefere Kurse raumschots (Abdeckung durch das Großsegel). So bilden beide Segel eine untrennbare Einheit, deren wirkungsvolles Zusammenspiel von der richtigen Einstellung des Spaltes abhängt. Sie wirkt sich entscheidend auf den Vortrieb aus. Verändert man die Profiltiefe, den Anstellwinkel oder die Größe eines Segels, muss auch das andere entsprechend neu getrimmt werden, damit der Spalt seine strömungsgünstige Form behält. Oder: Wird das Großsegel zu frühzeitig gerefft, verliert die Genua an Zugkraft, da ihr im oberen Bereich der Spalt fehlt. Deshalb ist es wirkungsvoller, das Profil des Großsegels mit ilfe der Mastkrümmung so flach wie möglich zu ziehen, bevor man seine Fläche verringert wie es auf Regattayachten üblich ist. Noch einmal zusammengefasst: Mit dem Anstellwinkel, der Form des Profils und des Spaltes versucht der rimmer, die Segel den im jeweiligen Augenblick herrschenden Windund Seegangsbedingungen derart anzupassen, dass die Strömung weitgehend anliegend bleibt und es zu geringst möglichen Verwirbelungen kommt. Durch die Wirkung des Spaltes sorgt das Vorsegel hauptsächlich für den Vortrieb, während mit dem rimm des Großsegels der Der Vortrieb des Segels wird gern, da so einleuchtend, am Beispiel der ragfläche eines Flugzeugs erklärt: Auf der oben stärker gekrümmten Fläche erzeugt die schnellere Luftströmung Unterdruck und damit den zum Fliegen notwendigen Auftrieb. Soweit, so richtig aber wie ist es dann möglich, dass ein Flugzeug auf dem Rücken fliegen kann? Außerdem hinkt der Vergleich mit der ragfläche: Ihre Lage zur Strömung ist horizontal, ihre Fläche damit anderen Einwirkungen unterworfen als am vertikalen Segelprofil, und: Im Gegensatz zum Segel ist die ragfläche auf ihrer Unterseite (fast) gerade, die flächennahe Strömung wird nicht durch einen Spalt gebremst.

8 rotzdem können Flugzeuge mit der Saugseite nach unten fliegen. Die Erklärung hierfür ist die sogenannte Zirkulation. iermit bezeichnet man eine außerhalb um die Profile kreisende Strömung, die auf folgende Weise entsteht: Jedes Mal, wenn der Anstellwinkel des Segels verändert wird, erreichen die Luftteilchen in Luv für einen kurzen Moment früher das Achterliek als die leeseitigen. Sie werden um die scharfe Kante gezwungen und prallen eine Winzigkeit später auf die Gegenströmung. Dabei entsteht ein links drehender Wirbel, der sich von der Kante des Achterlieks ablöst und mit der Strömung fortgetragen wird. Danach können sich die beiden Strömungen wieder vereinigen. Dieser sogenannte Anfahrwirbel setzt nun die Zirkulation in Gang: Eine um jedes Segel rechts herum rotierende Strömung. Man kann den Anfahrwirbel mit einem kleinen Zahnrad vergleichen, das ein größeres antreibt. Die Zähigkeit der Luftmasse und die von ihr hervorgerufene Reibung übernimmt die Funktion der Zähne der Zahnräder. Die induzierte Drehbewegung der eilchen um den Flügel ist die Zirkulation, so C.A.Marchaj in seinem Buch Aerodynamik und ydrodynamik des Segels (Delius Klasing). Ein Vorgang, der sich auch mit dem dritten Grundgesetz der Mechanik des genialen Physikers Isaac Newton nachweisen lässt. Es besagt, dass jede Aktion (Kraft) eine gleich große Reaktion (Gegenkraft) erzeugt (lateinisch: actio et reactio), die auf den Verursacher der Aktion zurückwirkt. Die Energie des linksdrehenden Anfahrwirbels (Aktion) löst also als Reaktion die Zirkulation aus. Ihre Strömung verstärkt in entscheidendem Maße die Flächennahe der Segel: Auf ihren Leeseiten ist sie gleichgerichtet. Sie sorgt damit für weitere Beschleunigung der Luftmasse und Zunahme des Unterdrucks. In Luv ist sie entgegengesetzt, die Strömung wird verlangsamt und der Unterdruck dadurch erhöht. Beide Kräfte addieren sich also zu Gunsten der Vortriebsleistung der Profile. Dazu trägt vor allem der Bereich vor dem Spalt bei: ier bewirkt das Verlangsamen der Strömung durch die gegenläufige Zirkulation weiteren Druckanstieg. Die zusätzliche Luft wird zur Saugseite des Vorse-

9 gels transportiert und sorgt mit dem gesteigerten Druckunterschied für die notwendige Energie zur Umströmung der engen Kurve. Erst auf Grund dieser die Kräfte addierenden Wirkung der Zirkulation ist es möglich, dass Yachten zu öchstleistungen auflaufen können und Cat-Boote befriedigend am Wind segeln. Jede Kursänderung, jeder rimm der Segel und jede Bewegung des Rumpfes setzt die Zirkulation mehr oder weniger kurz außer Kraft und vermindert damit den Vortrieb. Deshalb sollte in schwacher Brise jede unnötige Bewegung an Deck vermieden werden, damit sich das Boot so ruhig wie möglich durch das Wasser bewegt und die Zirkulation ständig am Laufen bleibt. Je geringer die Windstärke, desto geringer wird die Energie der Strömung und umso länger braucht sie, um wieder in Gang zu kommen. Für breite Segel geringer Streckung (Längen-Breiten-Verhältnis) benötigt der Anfahrwinkel ebenfalls länger, um die Zirkulation wieder in Schwung zu bringen als bei schmalen Segeln, weil die Schwungmasse des Rades größer ist. Yachten mit traditionellen Segeln geringerer Streckung stampfen sich deshalb im Seegang eher fest, da die Strömung länger braucht, um wieder anliegen zu können. Und was hat die Zirkulation nun mit dem Rückenflug zu tun? Die umlaufende, schnelle Strömung der Zirkulation außerhalb der Flächennahen auf der Unterseite der ragfläche erzeugt ebenfalls Unterdruck und damit Auftrieb. Im Bereich eines Segels ist diese Wirkung unbedeutend. Aber für ein zum Kunstflug geeignetes, sich relativ schnell durch die Luft bewegendes Flugzeug reicht sie aus, um es auf dem Rücken fliegen zu lassen wenn auch sehr unvollkommen und sehr schwierig für den Piloten. Zirkulation und damit Vortrieb entsteht sogar an drehbar gelagerten Profilmasten. Genau in den Wind getrimmt setzen sie den Windwiderstand und die Verwirbelung an der Achterkante im Vergleich zu eckigen, runden oder ovalen Masten stark herab. Kantet man ihr Profil jedoch etwas an und erhöht auf diese Weise den Anstellwinkel, so entsteht für die Luftströmung eine etwas längere Leeseite und damit Unterdruck und Vortrieb. Als Eigner eines Bootes (acht Meter) mit solch einem Mast habe ich diesen sogar als ideales Sturmsegel eingesetzt: Ohne (schlagendes) uch war es nur mit dem Vortrieb des Profils möglich, am Wind zu segeln und dabei eine Fahrt durch Wasser von über vier Knoten zu machen. Um Vortrieb am Ankerplatz zu verhindern, wickle ich deshalb das Fall um das Profil, damit die Strömung abreißt und das Boot nicht ständig hin- und herfährt. Große Racer (Mehrrümpfer) mit ragflächenmasten, deren Eigner nicht daran dachten, haben sich im Starkwind sogar schon von ihrem Liegeplatz losgerissen und sind dann, etwa in La Rochelle, quer durch den afen gebrettert! Da das Wasser ebenfalls ein Fluid ist, herrschen auch an den Anhängen wie Ruderblatt und Kiel vergleichbare Strömungsverhältnisse. Segler auf Jollen und kleinen Kajütbooten können durch Aufschaukeln Vortrieb bewirken: Mal wird durch die Rollbewegung die eine Seite des Kiels zur Saugseite, dann wieder die andere: Das Boot macht Fahrt durchs Wasser. Das Gleiche erreicht man durch Wriggen, kräftiges in- und erlegen der Pinne mit dem Ruderblatt. Im Übrigen sind Kiele und Ruderblätter großer Streckung unter anderem so effektiv, weil die Zirkulation auf Grund ihrer geringen Breite schnell wieder in Gange kommt.

10 Von der heorie zur Praxis Im Gegensatz zur ragfläche ist das Profil eines Segels vertikal zur Strömung ausgerichtet. Durch die Reibung der Luftströmung an der Wasseroberfläche nimmt deshalb deren Geschwindigkeit zum opp kontinuierlich zu. Sie beeinflusst die Richtung, mit der der scheinbare Wind auf das Segel trifft vom als aus gesehen wird sein Winkel zum opp hin immer größer. Lässt man durch Fieren der Schot das Achterliek verwinden, passt sich der Anstellwinkel des Segelprofils in jeder öhe dem scheinbaren Wind an, bleibt also trotz drehendem Einfallswinkel immer strömungsgünstig gleich. Die richtige Einstellung der Verwindung (wist) erkennt man an den elltales des Achterlieks am Groß und denen im ersten Drittel des Profils des Vorsegels. Wehen sie gleichmäßig horizontal aus, signalisieren sie optimale Umströmung. ipps zum rimm des wistes auf Kursen am Wind: Das Großsegel bei mittleren Winden: Man holt die Schot des Großsegels so lange durch, bis die oberste Latte parallel zum Baum zeigt. Dann wehen alle elltales des Achterlieks gleichmäßig aus, während idealerweise der oberste Faden gelegentlich nach Lee klappen sollte. Damit signalisiert er, dass hier das Achterliek etwas weiter geschlossen ist. Es erhöhen sich in diesem Bereich der Druck und damit der Vortrieb als eine zusätzliche Kraft, die der Yacht hilft, leichter über die Welle zu segeln. Bei leichter bis mäßiger Brise: wenig wist einstellen. Der Anstellwinkel wird erhöht, das Segel erhält mehr Druck und damit Vortrieb. Maßnahme: Schot durchholen, bis die elltales beginnen nach Lee zu klappen. Im Starkwind: durch Fieren der Schot den wist erhöhen. Das Achterliek verwindet stark und bewirkt, dass die Anstellwinkel des Profils besonders im oberen Bereich sehr spitz werden und entsprechend Druck vermindern. Das Boot macht mit weniger Lage höhere Fahrt durchs Wasser. Auf Raumschotskursen, wenn die Großschot durch den spitzen

11 Zugwinkel das Steigen des Baumes nicht mehr verhindern kann, wird der wist dann durch den Baumniederholer kontrolliert. Der wist der Genua wird mit ilfe der Position der olepunkte und dem Zug der Schot kontrolliert. Bei geringen Windstärken schiebt man den olepunkt nach vorn. Das Achterliek schließt sich entsprechend, das gesamte Profil erhält mehr iefe und erzeugt erhöhten Vortrieb. Im Starkwind lässt man dagegen das Segel stärker twisten, indem der olepunkt nach achtern verschoben und das Unterliek flach gezogen wird. Der obere Bereich des Segels öffnet sich, der Anstellwinkel wird spitzer, der Druck und damit die Lage entsprechend vermindert. Mit dem raveller hingegen verändert man nur den Anstellwinkel zum scheinbaren Wind und nicht den wist. Das zugkräftige Profil bleibt also erhalten. Fiert man den Schlitten nach Lee, wird der Anstellwinkel spitzer und entsprechend Druck aus dem Segel genommen, zum Beispiel während des Durchgangs einer Bö. Weiterer großer Vorteil des ravellers: Ganz in Luv lässt sich der Baum mittschiffs holen. So bewirkt bei leichter Brise der stumpfe Anstellwinkel maximalen Druck im Segel. Durch den schrägen Zugwinkel der Schot hat zudem der Baum die Möglichkeit, in Böen zu steigen und so durch den dabei erhöhten wist automatisch Druck aus dem Segel zu nehmen. Die Entwicklung hochfester Fasern, Gewebe und Laminate haben die Form der Segel grundlegend verändert. Der opp-bereich des Großsegels lässt sich nun so weit wie es das (am Galgen befestigte) Achterstag zulässt, breit, mit nach außen gerundetem Achterliek formen. Dabei wird der Mast ohne Achterstag nur durch laufende Backstage oder sehr stark gepfeilte {über 30 Grad} Salinge gehalten, um den Schnitt des sogenannten Fat-eads oder Squaretops möglich zu machen. Der große Vorteil dieser Segelform für den Vortrieb ist nicht die um wenige Quadratmeter vergrößerte Segelfläche, wie man meinen könnte, sondern die Verringerung des induzierten Widerstandes. Damit wird eine durch den Ausgleich des Drucks von der Luv- zur Leeseite des Segels erzeugte Verwirbelung hinter dem Achterliek bezeichnet, deren bremsende, Widerstand erzeugende Wirbelschleppe erhöhte Krängung und Luvgierigkeit erzeugt. Je breiter der Segelmacher nun die Fläche im opp-bereich gestalten kann, desto weniger findet der Druckausgleich statt und umso geringer bildet sich die Wirbelschleppe des induzierten Widerstandes aus. Damit wird deutlich, warum eine größere Segelfläche im opp nicht etwa Krängung und Luvgierigkeit erhöht, sondern im Gegenteil sogar vermindert. Des Weiteren versucht man den Segeln eine möglichst große Streckung (langes Vorliek zu kurzem Unterliek) zu geben, da ja das erste Drittel des Profils den meisten Vortrieb liefert und die Zirkulation schneller wieder einsetzt. So entstehen Segel, deren Vor- und Achterliek beinahe parallel verlaufen und die durch die starke Rundung im oberen Drittel eine elliptische, besonders strömungsgünstige Form erhalten. Möglich wurde der Bau solcher Segel großer Streckung mit rundem Achterliek erst mit der Einführung der extrem reckarmen Laminate. Mit den vorher üblicherweise verwandten, elastischeren uchen aus Polyester-Geweben wie Dacron, wären solche Schnitte nicht möglich. Das uch würde bereits nach kurzer Zeit nachgeben und das Segel seine zugstarke Form verlieren. raditionelle Segel aus gewebten uchen laufen deshalb zum Kopfbereich hin spitz zu, da das Gewebe Rundungen nicht verkraften kann. Der Großbaum ist im Verhältnis zur öhe des Mastes relativ lang, um möglichst viel Segelfläche unterzubringen, und das besonders verstärkte Achterliek verläuft geradlinig zum opp. Solche Segel verursachen durch den spitz zulaufenden oppbereich hier einen starken Druckaustausch mit entsprechend hohem induziertem Widerstand. Ähnlich ne-

12 gativ verhält es sich um den langen Baum des Großsegels herum, sodass solche Segel ihre Vortriebsleistung eigentlich nur aus dem mittleren Bereich ihres Profils schöpfen können. Da auch Druckausgleich um das Unterliek der Segel starken Widerstand verursacht, sollten aus aerodynamischer Sicht die Vorsegel so tief wie möglich geschnitten sein, um den Zwischenraum zwischen Deck und Liek so schmal wie möglich zu halten. Regattasegler segeln deshalb mit sogenannten Decksfegern, deren Unterliek dann während jeder Wende über die Relingsdrähte scheuert. Ein niedriger Großbaum, der gerade noch mit dem Aufbau klar kommt, würde deshalb ebenfalls zur Leistungssteigerung des Segels beitragen was aber schon aus Sicherheitsgründen unrealistisch wäre. ipp: Fahrtensegler sollten grundsätzlich den Unterliekstrecker durchgesetzt und damit das baumnahe Profil flach halten. Dadurch vermindert man den Druckausgleich um den Baum und so den Widerstand. Eine große Profiltiefe am Baum bringt nur in schwacher Brise etwas mehr Vortrieb und dann auch nur spürbar für leicht gebaute (Regatta)Yachten. Es gibt aber noch zwei andere Bremsen, die starken Widerstand erzeugen und über deren für den Vortrieb schädliche Wirkung sich Segler zumeist nicht im Klaren sind: Das angeblich so praktische Main-Drop- System, ursprünglich von Dehler entwickelt, und die Dirk. Ersteres besteht aus einer fest am Baum befestigten Persenning, die durch Lazy-Jacks während des Segelns offen gehalten wird. Großer Nachteil des Systems: Die am Profil baumelnden Leinen mit dem uch verursachen starke Wirbel. Sie stören den glatten Ablauf der Strömung so stark, dass der gesamte baumnahe Bereich des Profils vollkommen seine Zugkraft verliert. Die Folge: weniger Fahrt durchs Wasser, geringere öhe mit erhöhter Lage. Ist die angeblich so große Arbeitserleichterung durch das Main-Drop- System wirklich den erheblicheren Aufwand gegenüber der einfachen Baumpersenning wert? Denn mit dem einfachen Schließen des Reißverschlusses ist es ja nicht getan. Das uch muss schließlich ebenfalls möglichst faltenfrei auf den Baum gelegt und der Bereich des Kopfes am Mast mit einer extra Abdeckung geschützt werden. Wer ein aufwendig gebautes Segel aus hochwertigem uch fährt, sollte auf diese Bremse verzichten und grundsätzlich während des Segelns die Lazy-Jacks wegbinden. Auch die so harmlos erscheinende dünne Leine der Dirk ist ebenfalls eine ernst zu nehmende Bremse, da sie mit der abfließenden Strömung in der Nähe des Achterlieks eine ausgeprägte Wirbelschleppe erzeugt. Auch sie sollte deshalb grundsätzlich weggebunden werden. Am besten man verzichtet ganz auf diese Leine und gönnt sich stattdessen einen Kicker, also ein Baumniederholer, der nach dem Bergen des Segels den Baum automatisch oben hält. Kleine Vorsegel mit Überlappungen zwischen 105 und 108 Prozent, wie sie heute auf Fahrtenyachten üblich sind, haben eine Reihe von Vorteilen. Durch die geringe Überlappung können die Wanten ohne störende Unterzüge einfach und preisgünstig an der Bordwand befestigt werden. Die Zugwinkel zum Mast sind stumpfer, die Stauchkräfte geringer und damit der Einsatz dünnerer, leichterer Profile möglich. Kleinere Segel eignen sich besser zum Reffen mit Rollanlagen,

13 da sie auch im Starkwind eingesetzt bleiben können. Zumal sich ihr Spalt einfacher trimmen lässt und Segelmanöver bedeutend weniger Mühe machen. Nachteil gegenüber einer beispielsweise 150 Prozent überlappenden Genua: Im Seegang mit leichter bis moderater Brise sorgt ein größeres Segel für entsprechend größere Leistung. Das Boot wird nicht durch steile Wellen aufgestoppt, während man mit dem wesentlich kleineren Segel abfallen muss, um sich nicht festzustampfen. Kleine Genuas lassen sich zwar sehr eng (olepunktschienen auf dem Kajütdach) schoten und ermöglichen daher, sehr hoch an den Wind zu gehen. Aber raumschots verlieren sie dann stark an Leistung, weil das Schothorn zu weit innen liegt. Bei geringeren Windstärken bringt die relativ kleine Segelfläche wenig befriedigende Leistung, zumal auch das Großsegel sich durch die heute üblichen, stark gepfeilten Salinge nur begrenzt ausstellen lässt. Dafür stehen Seglern aber heute eine Reihe spezieller Segel zur Verfügung, die, zusätzlich gesetzt, für den notwendigen Vortrieb sorgen; der Code-Zero zum Beispiel, eine besonders voll geschnittene Genua aus sehr leichtem Laminat, die bis zu einer Windgeschwindigkeit von maximal zwölf Knoten gefahren werden kann. Das Segel setzt man frei fliegend zwischen 50 und 80 Grad am Wind; es erzeugt enormen Vortrieb. Für ein zehn Meter langes Boot beispielsweise betrüge seine Segelfläche etwa 50 Quadratmeter. Der Gennaker wiederum er würde in unserem Beispiel etwa eine Größe von 80 Quadratmetern haben zieht je nach Schnitt am besten zwischen 80 und 160 Grad. Dieses Segel lässt sich mit entsprechendem uchgewicht für Windgeschwindigkeiten bis zu 20 Knoten einsetzen. Der Runner schließlich, ebenfalls ein asymmetrischer Spinnaker aus sehr leichtem uch und mit circa 95 Quadratmetern das größte Segel, ist im Vergleich zum Gennaker besonders bauchig geschnitten. Er zieht bereits mit halbem Wind und erreicht auf Kursen von 130 bis 170 Grad seine größte Leistung. Dieses Segel ist für Windgeschwindigkeiten bis zu fünfzehn Knoten geeignet. In diesem Zusammenhang noch eine Bemerkung zu der angeblich so praktischen Selbstwendefock : Da dieses Segel mit dem Groß keinen Spalt bildet, leistet es auch erheblich weniger für den Vortrieb und lässt entsprechend geringere öhe zu. Mit einer wenig überlappenden Genua dagegen sind weniger Wenden notwendig mit höherer Fahrt durchs Wasser. Und dieses relativ kleine Segel dürfte wohl kaum selbst schwächere Crews überfordern, falls einige Wenden kurz hintereinander gefahren werden müssen.

14 Wie schon Manfred Curry erkannte, wirken die durchgehenden Latten wie Korsettstangen, die das Profil stützen und deshalb den Schnitt eines besonders weit ausgestellten Achterlieks erlauben. In schwacher Brise verhindern sie das Einfallen des uches. Nach dem Reffen bleibt das zugstarke Profil erhalten und während des Bergens legt sich das uch des Segels, durch die Latten gespreizt, nahezu faltenfrei auf den Baum. Weiterhin verhindern die Latten das harte Schlagen des uches, was die Lebensdauer des Segels deutlich verlängert. Segelmacher gehen davon aus, dass ein Segel mit durchgehenden Segellatten deshalb etwa 30 Prozent länger an Bord gefahren werden kann. Damit Lattensegel optimal ihre Leistung bringen können, müssen allerdings Form und Größe der Rundung genau zu dem jeweiligen Boot passen, damit sich auf allen Kursen ausgeglichene Segeleigenschaften erreichen lassen. Eine Rundung nur aus dem Grund einzubauen, um möglichst viel (unvermessene) Segelfläche herauszuholen, bringt zu wenig. Die Rundung des Achterlieks muss im richtigen Seitenverhältnis des Segels stehen, um bei optimalen Vortrieb nur geringen Widerstand zu erhalten, so Segelmacher Jens Nickel. Genauso sorgfältig berechnet der Segelmacher auch die Spannung der einzelnen Latten. Deswegen werden sie in Stade fest im Segel integriert was natürlich den ransport entsprechend erschwert. Nachteile des durchgelatteten Segels sind sein höheres Gewicht und durch den größeren Aufwand an Ausrüstung der Preis. Zum Setzen sollten daher die Fallwinschen entsprechend größer dimensioniert (vorzugsweise auf größeren Yachten elektrisch) und die Rutscher ab einer Segelfläche von 25 Quadratmetern kugel- oder rollengelagert sein. Die Stellen, an denen das uch mit den Wanten in Berührung kommen kann, müssen sorgfältig mit Verstärkungen gegen Schamfilen geschützt werden alles Gründe, die dieses Segel verteuern. Dafür erhält man aber ein Segel, das aus aerodynamischer Sicht jedem anderen immer noch überlegen ist. Aber der Abstand zum Roll-Großsegel aus Laminat (z.b. Epex von Elvström) mit durchgehenden, senkrechten Latten ist deutlich geschrumpft was auch wir durch unsere ests verschiedener großer Boote bestätigen können. Durch die enorm dehnungsarmen uche in Verbindung mit den durchgehenden Latten ist es nun möglich, dem Achterliek eine leichte Rundung zu geben und damit die Vortriebsleistung gegenüber konventionellen Rollsegeln deutlich zu erhöhen. Dieser itel steht für ein zukunftsweisendes Programm, das sich drei Ziele gesetzt hat: Die erstellung verbesserter, leistungsstärkerer Segeltuche, die damit verbundenen effektiveren Segelschnitte und die Möglichkeit in Zukunft den unter den jeweils herrschenden Wind- und Seegangsbedingungen eingestellten, optimalen rimm einer Yacht zu speichern und jederzeit wieder abrufen zu können.

15 s s Initiatoren dieses ehrgeizigen Projektes sind Robert Kühnen vom führenden uchhersteller Dimension-Polyant, Jens Nickel von der Segelwerkstatt Stade und Prof. Dr. Wolfgang Schade vom Fraunhofer einrich ertz Institut in Goslar. Unter seiner Leitung wurde ein Messverfahren entwickelt, mit dem sich erstmalig an jeder Stelle des Segels die auftretenden Kräfte genau ermitteln lassen. Dazu werden in allen wichtigen Bereichen des uches, robuste Glasfasern ( Lichtwellenleiter ) in der dreifachen Stärke eines menschlichen aares laminiert. Sie können mit bis zu 50 auf das uch geklebte, hauchdünne Sensoren verbunden werden, die ihre Daten über die öhe der Belastung und damit geringste Veränderungen der Form des Segelprofils an den Bord-Computer ( iphone oder ipad) weiter leiten. Sind diese Kräfte im Segel bekannt, können uche gefertigt werden, die genau den jeweiligen Belastungen in einem bestimmten Bereich des Segels gewachsen sind. Damit wird man in der Lage sein, noch leichtere, festere, formstabilere und sogar preisgünstigere Segel zu fertigen, da nun genau die notwendige Fasermenge und ihre Dichte im Laminat berechnet werden kann. Jens Nickel: Soviel können wir nach unseren bisherigen estfahrten auf der Nordsee heute schon sagen: Die Richtung, Verteilung und Dichte der Kraftlinien im Segel, wie bisher angenommen, stimmen zurzeit nicht. Unsere Messwerte geben ein anderes Bild der Lastlinien im Segel, und: Die bisherigen Annahmen, dass beispielsweise die höchsten Belastungen am Achterliek oder Schothorn auftreten, widersprechen unseren Messungen. ohe Kräfte treten genauso auch in den mittleren Bereichen und insbesondere im Kopfbereich eines Segels auf! Aber nicht nur die uche und damit die Segelschnitte lassen sich mit ilfe dieser Messtechnik optimieren, das Gleiche gilt auch für den rimm: Ist das Rigg und sind die Segel einer Yacht optimal eingestellt, lässt sich dieser, mit der speziellen Software errechnete rimm mit ilfe der hierfür speziell entwickelten Software auf dem Bordcomputer graphisch darstellen. Damit ist es möglich, jederzeit die optimale Einstellung unter allen Bedingungen sekundenschnell abzurufen und gleich darauf in die at umzusetzen. Aber bis es soweit ist, hat das eam noch einige örns auf der Nordsee zu absolvieren. s s

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