Die hier vorgestellten Yachten haben gemeinsam, daß jede von ihnen in der Lage war, mindestens zwei Ranglistenregatten der letzten zwei Jahre zu gewinnen. SKALPEL und UN-BOOT mit herausragend vielen Siegen, aber das hat natürlich auch etwas mit dem jeweiligen Skipper zu tun.
Zur SKALPEL muß erwähnt werden, daß es die Yacht des derzeit amtierenden Weltmeisters Janusz Walicki ist.
UN-BOOT übrigens deshalb, weil alle Yachten der Steinbacher Segler mit der Vorsilbe „UN" beginnen (UNSINN, UNSCHULD, UNDERBERG, UNRUHE, UNHOLD. . .)
Die M-88 ist eine Gemeinschaftskonstruktion von Karl Beck und Gerd Mentges und die OPTIMA wurde von Gerd Meysemeyer konstruiert.
Vor allen Dingen bei Betrachtung der Spantenrisse (Bild 1-4) fällt auf, daß die Yachten doch wesentliche und charakteristische Unterschiede aufweisen.
Das UN-BOOT ist von der Form her ähnlich der SKALPEL, aber mit wesentlich geringerer Verdrängung. Kleinerer Tiefgang und vor allen Dingen auch kleinere Breite führen zu geringerem Widerstand und damit auch zu Vorteilen gerade bei Leichtwind-Regatten, wo die Stabilität keine große Rolle spielt.
DenVorteil geringer Breite hat auch die OPTIMA, die jedoch viel mehr Tiefgang und eine gänzlich andere Spantform hat und damit auch wieder andere Segeleigenschaften.
Die M-88 wiederum hat im Vergleich zu den anderen Yachten einen wesentlich U-förmigeren Hauptspant (siehe auch Bild 5), den geringsten Tiefgang aber die größte Breite in der CWL. Im Vergleich zu den anderen Yachten führt dies zu einer deutlich größeren Formstabilität, ob dies jedoch ein nennenswerter Vorteil sein kann, ist gerade bei Modellyachten mit den sehr großen Tiefgängen fraglich. Um z.B. solch eine Frage beurteilen zu können, muß man schon etwas ausführlicher rechnen.
Alle vier Yachten haben ihre größte Breite etwa bei 60 % der CWL vom Bug aus gemessen (Bilder 6 und 7). Damit ist eine wichtige Voraussetzung erfüllt, die im Strömungsbereich von Modellyachten darin besteht, den Umschlagpunkt von laminarer zu turbulenter Strömung möglichst weit hinauszuzögern, indem man ihn nicht nur durch die Re-Zahl, sondern auch durch den Druckverlauf bestimmen läßt.
Diese gleiche Aussage gilt übrigens etwas abgeschwächt auch für die Seitenansicht (Bild 8), also für die Lage des maximalen Tiefgangs.
Berechnungen:
Grundsätzlich gibt es viele verschiedene Möglichkeiten, Yachten zu vergleichen. Die beiden wesentlichsten wären:
1. Gleiche Verdrängung bei allen Yachten
2. Vergleich auf dem jeweiligen Konstruktionstiefgang
Mit der ersten Methode kann man gut Einflüsse der Rumpfform erfassen. Die wesentlichen Charakteristika verschiedener Spantformen lassen sich dabei gut analysieren.
Mit der zweiten Methode vergleicht man Yachten entsprechend den Festlegungen des Konstrukteurs und damit ebenso wie sie auch in einer Regatta gegeneinander Segeln. Für die meisten Leser ist dies sicherlich die interessanteste Methode und wird deshalb auch von mir für die Berechnungen angewandt.
Für die zu vergleichenden Yachten liegen entsprechend Methode 2 folgende Gewichtsangaben (kg) der Skipper zugrunde:
Mit diesen Rumpfverdrängungen wurden die Rechnungen durchgeführt.
Im folgenden sind die Ergebnisse am Beispiel der SKALPEL dargestellt.
Es ginge sicher zu weit, wenn ich hier alle Werte erläutern würde, und es würde auch die meisten nicht interessieren. Für diejenigen, die sich ohnehin schon näher mit der Materie befaßt haben, auszugsweise einige Berechnungsergebnisse:
Nachfolgende Werte werden zum Vergleich der Berechnungsergebnisse grafisch dargestellt und kurz erläutert.
Aufrichtender Hebelarm (Bild 9):
Dieser Wert, der sich hier nur auf den Rumpf bezieht - also das Kielgewicht unberücksichtigt läßt - gibt die Stabilität des Rumpfes wieder. Unterschiede ergeben sich durch die gewählte Spantform und die Breite. Großer Hebelarm bedeutet mehr Stabilität. Mit der Rumpfform kann man bei Modellyachten im wesentlichen nur die Anfangsstabilität bis etwa 15-20 Grad beeinflussen, danach überwiegt der Stabilitätsanteil aus dem Kiel. Man könnte sich mit den angegebenen Werten leicht ausrechnen, wieviel weniger Blei z. B. die M-88 braucht, um die gleiche Anfangsstabilität zu haben, wie die OPTIMA.
Wanderung des Verdiängungsschwerpunktes nach achtern bei Krängung (Bild 10):
Diese Angaben sind insbesondere bei der Konstruktion einer Yacht sehr wertvoll. Je geringer die Wanderung des VSP, desto ausgeglichenere Segeleigenschaften sind zu erwarten, da das Schiff bei Krängung weniger vertrimmt. Natürlich hat die OPTIMA hier die besten Werte, da sie auch das schmalste Schiff ist. Interessant ist hier besonders der abfallende Verlauf beim SKALPEL ab ca. 35 Grad und im Gegensatz dazu das UN-BOOT, welches hier noch wesentlich ansteigende Werte zeigt. Die Rumpfform der M-88 ist unter diesem Gesichtspunkt noch wesentlich zu verbessern. Das Kunststück ist eben, z.B. bei einer vorgegebenen Breite die Wanderung des VSP zu minimieren.
Benetzte Oberfläche (Bild 11):
Es wird die vom Wasser benetzte Oberfläche bei dem jeweiligen Tiefgang dargestellt. Je kleiner die benetzte Oberfläche, desto geringer der Reibungswiderstand und damit um so besser die Leichtwindeigenschaften. Am günstigsten - natürlich bei dem schmalsten Schiff - die OPTIMA.
Lage des Verdrängungsschwerpunktes (Bild 12):
Grundsätzlich ist es bei Modellyachten günstig, die größte Breite möglichst weit achtern zu haben, damit es einen größeren Bereich laminarer Strömung gibt und damit geringeren Reibungswiderstand. Man muß aber darauf achten, daß es im Heckbereich keinen Strömungsabriß durch zu stark einfallende Linien gibt. Bis auf das UN-BOOT liegen die VSP's aller anderen Schiffe sehr nahe beieinander.
Bei allen Berechnungen ist im übrigen der Hauptspant der Spant 4, also 50 cm von achtern. Diese Position des HSPT liegt auch bei Bild 12 zugrunde.
Längen und Breitenträgheitsmoment der Konstruktionswasserlinie (Bilder 13 u. 14):
Beide Werte sind sozusagen als Maß dafür anzusehen, welchen Widerstand der Rumpf Bewegungen um die Quer- bzw. Längsachse entgegensetzt.
Ein großes Längenträgheitsmoment bedeutet, daß solch ein Rumpf allein von der Rumpfform her weniger zum "Tauchen" neigt. Daß andere Faktoren wie Kiellänge, Kielgewicht oder Rigghöhe hier auch noch eine wesentliche Rolle spielen, ist selbstverständlich.
Ein großes Breitenträgheitsmoment ist ein Maß für die Anfangsstabilität des Rumpfes. Große Werte bedeuten, daß der Rumpf bei kleinen Krängungswinkeln weniger krängt (bei gleichem Kielgewicht und -länge der verglichenen Yachten) als ein Rumpf mit einem kleineren Breitenträgheitsmoment.
Zylinderkoefiizient Cp (Bild 15):
Ich möchte in diesem Beitrag nur auf den Zylinderkoeffizienten eingehen und andere auch übliche KOeffizienten nicht beurteilen. Der Zylinderkoeffizient gehört nämlich zu denjenigen Werten, deren Bedeutung für große Yachten ausgiebig untersucht wurde. Da es sich um einen Wert handelt, der hauptsächlich Schlußfolgerungen aus der Formgebung des Rumpfes zuläßt, sind die Ergebnisse jedoch auch auf unsere Modellyachten übertragbar. Maßstabseffekte spielen hier nur eine untergeordnete Rolle.
Der Wert Cp wird gebildet aus:
Bei Leichtwetteryachten sollte der Cp-Wert zwischen 0,5 und 0,53 liegen. Bei Yachten, die für mehr Wind entworfen wurden, sollte der Cp-Wert zwischen 0,53 und 0,65 liegen. Je höher der Cp-Wert ist, um so leichter wird die betreffende Yacht ins Gleiten kommen.
Krängungswinkel für Deckskante zu Wasser (Bild 16):
Als letzten Wert möchte ich den Winkel angeben, bei dem die Deckskante der untersuchten Yachten bei Krängung die Wasseroberfläche berührt.
Man kann davon ausgehen, daß, wenn dies passiert, der Widerstand der Yacht merklich steigt, da an der Deckskante dann widerstanderzeugende Wirbel entstehen. Diese werden dann auch oft noch durch die sich durchs Wasser bewegenden Wanten verstärkt. Obgleich der Windwiderstand des Rumpfes bei größerem Freibord wächst, sollte man einen Wert von nicht unter 25 Grad anstreben, bei dem die Deckskante das Wasser berührt.
Wer Interesse an der Berechnung seiner eigenen Yacht kann sich bei mir melden.
G. Mentges
