Als aktiver Modellsportler und regelmäßiger Leser dieser Fachzeitschrift ist mir aufgefallen, dass über die Konstruktion der Segel für unsere Jachten wenig berichtet wird. Deshalb möchte ich hier einige diesbezügliche Überlegungen vorstellen, die vielleicht aus Gründen der NAVIGA- bzw. IMYRU-Regattaregeln erst in Zukunft zu verwirklichen sind.

Allgemeines

Wie wir ja wissen, ist das Segel die vorwärts treibende Kraft für den Rumpf und muss dessen Widerstand gegenüber dem umgebenden Wasser überwinden. Ob dieser Widerstand optimal gemeistert werden kann oder nicht, hängt davon ab, wie das Segel geformt und getrimmt ist. Eine kleine Änderung in Form und Trimm kann wahre Wunder im positiven wie negativen Sinn bei unserem Boot bewirken.

Würde man statt der heutigen Stoffsegel aerodynamische Flügelprofile anwenden, wäre es einfacher, ein wirkungsvolleres Segel für den Rumpf zu entwerfen. Selbstverständlich sollte beides abgestimmt sein.

Auf die Frage, weshalb sich ein Segelboot mit der natürlichen Windenergie auf allen Kursen zum Wind bewegen lässt, werde ich nur kurz eingehen und stattdessen mehr Gewicht legen auf die negativen Nebenerscheinungen und wie sie sich beheben bzw. einschränken lassen. Aber ganz ohne theoretische Kenntnisse kommen wir nicht aus.

Erfahrung der Praxis

Hält man eine ebene Platte im Winkel Null zur anblasenden Richtung des Windes, so merkt man nur den Widerstand, der die Platte an der vorderen angeströmten Fläche bietet, den so genannten Formwiderstand. Sobald aber die Platte ein wenig schräg, also in einem Winkel von wenigen Grad zum anströmenden Wind gestellt wird, so entsteht sofort eine Hubkraft. Mit dieser Kraft fangen alle aerodynamischen Probleme an. Diese Hubkraft lässt sich in verschiedene Komponenten aufteilen, und zwar: bei einem Segel z. B. in Zugkraft und sogleich in die daraus resultierenden Kräfte, welche als Krängung auftreten; diese wird durch die Windkraft hervorgerufen, der das Segel ausgesetzt ist. Wird die Platte nun in gebogener Form in den Wind gehalten, steigt die Hubkraft an, aber auch der Formwiderstand wird größer. Die gebogene Form der Platte entspricht dem Bauch im Segel. Je größer der Bauch im Segel, desto größer wird auch die Zugkraft.

Da wir ja nicht im Boot sitzen, muss die Größe des Bauches der jeweiligen Windstärke angepasst werden, bevor das Boot den Elementen Wind und Wasser ausgesetzt wird. Dies braucht ein wenig Erfahrung, denn ein großer Bauch ist nicht immer von Vorteil. Beim Kreuzen z. B. ist ein großer Bauch nachteilig, weil das Krängungsmoment zu groß wird und man einen größeren Anstellwinkel zum scheinbaren Wind benötigt. Auf Raumkursen hat man einen Vorteil, und der größere Anstellwinkel ist auch gut, da der Großbaum etwas mittschiffs geholt werden kann. Bei halbem Wind muss der optimale Anstellwinkel gesucht werden, damit das Krängungsmoment nicht zu groß wird, wodurch die Zugkraft des Segels verkleinert wird.

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Das Segel am Mast

Wird ein Segel vom Wind angeströmt, so entsteht an der Luvseite ein Über- und an der Leeseite ein Unterdruck. Dieser Druckunterschied bildet sich durch die verschiedenen Luftströmungsgeschwindigkeiten, die am Segel durch die gebogene Form (Bauch) entstehen. Dies ist so zu erklären: Luft ist ein gasförmiges Medium, welches, sobald es durch das Segel am Mast, beim Anströmen geteilt wird, sofort wieder am Achterliek zusammenkommen möchte. Das Segel ist aber gebogen, und dadurch entstehen für die Luft unterschiedlich lange Wege. Auf der Leeseite liegt der größere und auf der Luvseite der kleinere Weg. Das bedeutet, dass sich die Luftteilchen an der Leeseite entsprechend beeilen müssen, um mit den Luftteilchen der Luvseite zur selben Zeit sich wieder zu vereinigen. Dies ist der eigentliche Grund, warum wir überhaupt ein Segelboot auf dem Wasser durch Ausnutzen der natürlichen Windenergie bewegen können.

Aber alles was gut ist, hat auch negative Erscheinungen. Da wir ja die anströmende Luft zwingen, sich zu teilen, was sie aber von Natur aus nicht möchte, hat sie nicht nur das Bestreben, sich wieder zu vereinigen, sondern auch den Druckunterschied auszugleichen. Dieser Druckausgleich erfolgt am Topp und am Fußliek, weil an diesen Stellen nichts ist, was dies verhindern könnte. Die Folge daraus ist, dass sich eine entsprechende Verwirbelung über das Segel erstreckt und so ein Störfeld bildet. Den Druckausgleich bezeichnet man an einem aerodynamischen Flügel als induzierten Widerstand. Auch bei unseren heutigen Segelkonstruktionen lässt er sich nicht vermeiden.

Die Regattaregeln gestatten uns nur die Lösung, das Segel so hoch und schmal wie möglich zu halten, damit das Störfeld einigermaßen klein bleibt und somit das Segel eine bessere Wirkung hat. Allerdings sind dem Grenzen gesetzt, denn bei einer zu kleinen Breite des Segels bringt das Profil (Bauch) nicht mehr die gewünschte Leistung. Bei einem F 5 M-Boot braucht man in dieser Hinsicht keine großen Bedenken zu haben, hier ist die Höhe des Segels mit 215,9 cm und die Segelfläche mit 5160 cm² festgelegt. Der Festpunkt für die Fock darf 80 % von der Höhe des Segels (bezogen auf das Deck) betragen.

Als Bezugspunkt beim Deck gilt: Unterkante des Kopfbretts oder Mitte Auge im Kopf (nach NAVIGA-Regattaregeln '81). Das Kopfbrett darf 1,9 cm an der Unterkante breit sein, gemessen von der Masthinterkante, und dieser Wert darf berücksichtigt werden bei Messung „Mitte Auge", wenn kein Kopfbrett verwendet wird.

Damit haben wir rein rechnerisch viele Möglichkeiten, aber bezogen auf Höhe und Fläche kann kein zu schmales Segel entstehen. Für ein hohes Segel spricht auch der zusätzliche Gewinn an Segelfläche, indem wir die Achterliek- und Fußliekrundungen voll ausnutzen. Nach der Vermessungsformel werden diese Flächen nicht berücksichtigt, und dies kann ein Plus von 20 % ausmachen. Weiter darf nicht vergessen werden, dass die Windgeschwindigkeit in der Höhe vom Wasser aus zunimmt. Eine Torsion des Segels ist ebenfalls erwünscht, denn oben wird das Segel in einem anderen Winkel angeströmt als unten. Hier weht der Wind weniger vorlich. Bei F 5 (10er und X) ist die Sache etwas freier, und daher muss auf die Breite des Segels geachtet werden. Auf das Vorgenannte bezogen, darf man die Höhe des Segelschwerpunktes nicht außer Acht lassen, da dieser für die Krängung des Bootes mitverantwortlich ist. Aber hier brauchen wir keine großen Probleme zu erwarten, denn der Unterschied zwischen hoch und schmal gegenüber niedrig und breit ist, wie ich in eigenen Versuchen ermittelt habe, kleiner als oft angenommen.

Da die Leeseite am Segel besonders empfindlich auf Störungen ist, muss das Segel so glatt gehalten werden, dass keine Falten die Strömung stören und dadurch Turbulenz verursachen, was zu einem weiteren Störfeld fuhren würde. Für die gute Funktion eines Segels ist nicht nur die Größe des Bauches, sondern auch die Lage maßgeblich. Bei unseren Segeln, die mit einer Fock ausgerüstet sind, ist die größte Tiefe des Bauches bei 30 bis 40 % vom Mast aus am wirkungsvollsten.

Das gesamte Segel sollte als ein Tragflügel mit Vorflügel betrachtet werden. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Fock so geschotet ist, dass die Strömung, die sie leitet, gerade soeben am Achterliek des Großsegels ankommt. Besonders ist dies wichtig, wenn man hoch am Wind führt. Eine Fock ist durch ihre scharfe Vorder- kante sehr empfindlich auf den Anstellwinkel zum Wind und daher relativ unwirksam bei hohem Kurs. Dies kann man beobachten, da die Fock dann früher killt als das Großsegel. Durch eine Trimmvorrichtung, womit die Fock etwas mehr mittschiffs geholt werden kann, oder gar eine zweite Segelwinde, lässt sich Abhilfe schaffen.

Können wir die Fock separat beeinflussen, so haben wir die Möglichkeit, dass beides miteinander wirkt. Da sich Störungen der Leeseite auch vom Mast aus bilden und es so wieder zu Wirbeln kommt, hilft uns die Fock, diese zu unterdrücken. Das kann erreicht werden, wenn der Spalt zwischen Fock und Großsegel so gesteuert ist, dass die Luft, die auf das Großsegel kommt, vorbeschleunigt wird und dann durch das Großsegel nochmals beschleunigt wird. Dadurch werden die Wirbel, die durch den Mast entstehen, unterdrückt, und so entsteht eine gewünschte laminare Strömung an der Leeseite. Deshalb soll die Fock so nah wie möglich vor dem Mast geführt wer- den.

Der Mast

Da wir ja bestrebt sind, eine glatte Leeseite am Segel zu bekommen und den Luftwiderstand so klein wie möglich zu halten, werden die meisten Boote mit tropfenförmigen Masten ausgerüstet. Aber auch so dünn wie möglich gehaltene Rundmasten sind an der Tagesordnung. Um ein geringes Gewicht zu erzielen, sind die Masten aus Aluminium oder dem weitaus teureren Kohlefaser hergestellt. Damit das Störfeld minimal bleibt, muss der tropfenförmige Mast drehbar ausgeführt sein, und der Großbaum sollte durch ein zusätzliches Gelenk geführt werden, so dass er sich dem Bauch des Segels auf beiden Bugen anpasst. Einen Rundmast braucht man normalerweise nicht drehbar zu machen.

Selbstverständlich sollen alle Masten eine Keep haben, damit das Vorliek des Segels im Mast eingezogen werden kann. Bei tropfenförmigen Masten, die im Handel erhältlich sind, ist die Keep schon mit eingeformt, und bei den Rundmasten wird meist ein Aluminiumrohr durch einen Sägeschnitt aufgeschlitzt.

In jüngster Zeit wird das Segel am Rundmast auch mittels Ringen befestigt. Der Vorteil liegt darin, dass das Vorliek relativ lose am Mast ist und sich daher auf beiden Bugen zur Leeseite verschieben kann. Dadurch erhält man einen ziemlich glatten Übergang. Hier kann man wie bei drehbaren Masten auch aufwendige Konstruktionen sehen, und so sollte es jedem selbst überlassen sein, was er vorzieht.

Ein Hemdsegel scheint - wer weiß, warum - in Vergessenheit geraten zu sein, vermutlich, weil sich so ein Segel etwas schwieriger herstellen lässt, und wegen der Vermessungsformel, wobei der Mast mit in die Breite des Segels aufgenommen wird. Trotz alledem, das Hemdsegel ist aerodynamisch das beste und dürfte so den Nachteil der Vermessung wieder aufheben. Bei so einem Segel ist die Leeseite immer glatt. Allerdings darf bei der Ausführung nicht der Fehler passieren, dass das Segel beim Bugwechsel um den Rundmast rutschen muss. Daher sollte der Rundmast wie der tropfenförmige Mast drehbar gemacht werden.

Leider habe ich nicht das entsprechende Werkzeug, um mir ein Hemdsegel zu nähen, und deshalb experimentiere ich zur Zeit mit einem aerodynamischen Profilmast. Dieser verspricht ja dieselben guten Eigenschaften wie ein Hemdsegel. Den Mast habe ich im Grunde genommen wie einen Tragflügel für ein Flugzeug gebaut, jedoch mit einer Keep ausgeführt, so dass ein normales Segel eingezogen werden kann. Achterlich ist er so weit gerundet. um sich dem Bauch des Segels anzupassen.

Durch die große Breite ist die Stabilität so hoch, dass der Großbaum sich durch die Windkraft nicht heben kann und somit die Achterliekeinstellung nicht verändert wird.

Etwas für die Zukunft

Mancher, der dies bis jetzt gelesen hat, wird sagen: „Gut und schön, aber nichts Neues." Leider sind uns durch die Vermessungsregel im Grunde genommen die Hände gebunden. Selbst in der X-Klasse, die doch die Möglichkeit der freien Konstruktion bieten soll. An dieser Stelle möchte ich einen Punkt nennen, der unwichtig erscheinen mag, aber manches unmöglich macht: „Fockbäume, die mit ihrem vorderen Teil (Gegengewicht oder Fockverspannung etc.) beim Ausschwenken der Fock in irgendeiner Weise über die Bordwand hinausragen, sind verboten. Dies ist die genaue Wiedergabe aus dem Satz der NAVIGA- Regattaregeln '81 unter allgemeine Vorschriften.

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Meiner Meinung nach: Gut gemeint, erfüllt aber in keiner Weise den Zweck, der hinter dem Sinn des Satzes liegt, nämlich, „die Gefahr einer Verhängung zweier Boote zu vermeiden". Die Praxis zeigt es ja bei jeder Regatta. Deshalb müssen wir alle Möglichkeiten ausschöpfen, damit dieser Satz zumindest für die X-Klasse entfällt und damit auf diese Weise wirklich frei konstruiert werden kann. Nun zum Thema zurück.

Da haben wir eine Jacht aufgebaut mit dem Gedanken, das Beste getan zu haben und segeln trotzdem hinterher, immer mit der Überlegung, was man denn noch besser machen könnte. Nun, Möglichkeiten gibt es ja genug, und eine möchte ich mal als Anregung vorbringen.

Die Überlegung ist, wie kann man die Segelfläche besser ausnutzen? Besonders auch bei achterlichem Wind, wo die meisten Boote doch an Fahrt nachlassen. Dies lässt sich damit erklären: Wenn nicht der Schmetterling aufkommt, wird die Fock vom Großsegel abgedeckt. Daher fehlt ein Stück der Segelfläche, und die Wirkung der Fock auf das Großsegel ist ganz am Ende. Aus dieser negativen Situation kann man herauskommen, indem die Fock so angebracht wird, dass sie mit dem Mast in der gleichen Richtung dreht.

Die Konstruktion könnte nun so ausgeführt werden. Im Prinzip lassen wir das Segel so, wie es ist, nur unter dem Fockbaum wird ein zusätzlicher Baum fest mit dem drehbaren Mast montiert. An diesem Baum wird nun die Fock befestigt, wie vorher auf dem Deck. Damit die Fock sich öffnen kann, genügt zum Drehen ein normaler Wirbel. und der aufwendig gebaute Fockbaumbeschlag kann eingespart werden (wie eine Pendelfock). Dazu kommt noch. dass dieser Baum, der am Mast befestigt wird. so stabil sein muss, dass er den Kräften, die an der Fock auftreten, sicher standhält. Weitere Vorteile bei diesem Segel liegen darin, dass die Fock konstant in ihren optimalen Winkel zum Großsegel geschotet werden kann und dieser somit immer gleich bleibt, egal welchen Kurs wir segeln. So kann man immer den richtigen Anstellwinkel für das Segel zum Wind herausfinden. Eine Überziehung macht sich durch das auftretende Killen sofort bemerkbar. Die Fock braucht nur so groß gemacht zu werden, dass sie die Wirbel an der Leeseite unterdrückt, die durch den Mast entstehen. Bei der Anwendung eines aerodynamischen Profilmastes oder eines Hemdsegels kann man die Fock so optimal anpassen, dass sie genau zum Großsegel harmoniert und so beide miteinander die beste Leistung bringen. Mit diesem beschriebenen Segel, in Verbindung mit einem Profilmast, mache ich zurzeit Versuche, die im Vergleich mit der üblichen Ausführung sehr zufrieden stellend sind.

Schlusswort

Bei meinem Spanienaufenthalt '83 machte ich leider nur für ein paar Stunden die Bekanntschaft mit einem Segelkameraden aus Schweden, der im Prinzip sein M-Boot mit einem Segel ausgerüstet hatte, bei dem Fock und Großsegel durch einen Drehpunkt gelenkt wurde. Bei dem kurzen Vergleich mit meinem M-Boot, welches bestimmt keine lahme Ente ist und den NAVIGA-Regeln entspricht, konnte man sofort feststellen, dass ich dem schwedischen Kameraden weit unterlegen war, obwohl in den Segelflächen kein Unterschied zu sehen war. Er hatte eine andere Idee, denn das Segel war vor dem Mast aufgehängt. Mit diesem System werde ich mich in nächster Zukunft befassen. Aber eins kann ich schon jetzt sagen: Wir Segler dürfen die Aerodynamik nicht außer Acht lassen, denn auf diesem Gebiet gibt es für uns bestimmt mehr Möglichkeiten als in der Hydrodynamik. Mancher mag denken, wozu Aerodynamik bei einem Boot, wir bauen doch keine Flugzeuge? Nun, wir müssen das Beste herausholen, um unsere Jacht unter Ausnutzung der natürlichen Windenergie optimal fortzubewegen. Der „Motor" dazu ist und bleibt das Segel. Aber leider haben wir Regattaregeln, die, selbst in der X-Klasse, manches einschränken.

logosmOriginal erschienen in der Zeitschrift Schiffsmodell  des Neckar-Verlags 7/1984 Autor:Werner A.Walbaum. Sollten hiermit irgendwelche Rechte verletzt werden bitte Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!" title="melden">melden. Ich werde dann den Artikel sofort entfernen.

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