Segelboote auf Tragflächen

Die Flügel der verrückten Foiler

Von Erdmann Braschos
09.03.2021
, 15:00
An der Hinterkante des Großsegels ist dessen doppellagige Bauweise zu erkennen. Darunter der Schlitten der Schot.
Der America’s Cup liefert spektakuläre Bilder vom Ritt auf der Rasierklinge. Segelboote wie diese gab es noch nie. Abenteuerliche Geschwindigkeiten werden unter anderem durch doppellagige Großsegel ermöglicht.

Vor dem neuseeländischen Auckland wird der 36. America’s Cup ausgesegelt. Die Übertragung von Begleitbooten und aus der Luft bietet faszinierenden Einblick. Auf den Booten installierte Kameras nehmen den Zuschauer mit an Bord. Die Regatten erinnern eher an Formel 1 als herkömmliches Segeln.

Die spektakulären Rennen und das sensible Gleichgewicht, mit dem die Boote als „Foiler“ auf Tragflächen durch die Bucht brettern, lassen ein entscheidendes Detail, die Motorisierung des Ganzen, übersehen. Sie besteht bei den AC-75-Booten maßgeblich aus dem 135 bis 145 Quadratmeter messenden Großsegel.

Beim herkömmlichen Segelboot steht der Mast starr in Fahrtrichtung an Deck. Er hat ein ovales Profil, das beim Segeln jedoch nie direkt von vorne, sondern aus unterschiedlichen Winkeln seitlich angeströmt wird. Ungünstig ist auch der Übergang vom Mast zum Segeltuch. Hier entstehen bremsende Wirbel. Der Segler Manfred Curry untersuchte schon in den 1930er Jahren im Windkanal der Dessauer Versuchsanstalt von Junkers die Aerodynamik von Mast- und Segelkonfigurationen. Er schlug eine umständliche Verkleidung des Übergangs vom Mast zum Großsegel vor, die sich nicht durchgesetzt hat.

So wurde der bremsende Wirbel hinter dem Mast bei bisherigen Booten, die in einem vergleichsweise kleinen Geschwindigkeitskorridor segeln, notgedrungen akzeptiert. Ein AC 75 fährt bei leichter Brise mit acht Knoten los, verlässt bei etwa 18 Knoten das Wasser und beschleunigt rasant auf 30 Knoten. Raumschots und bei mehr Wind werden es 40 bis 50 Knoten, also mehr als 90 km/h. Der selbstgemachte Fahrtwind überlagert den wahren Wind derart, dass ein AC 75 mit dem scheinbaren Wind an Bord seine eigenen Windverhältnisse schafft.

Der Traum vom Fliegen: Im America’s Cup ist er wahr geworden. Die Renner der Klasse AC 75 erschaffen ihre eigenen Windverhältnisse.
Der Traum vom Fliegen: Im America’s Cup ist er wahr geworden. Die Renner der Klasse AC 75 erschaffen ihre eigenen Windverhältnisse. Bild: Gilles Martin-Raget

Wie bei den Regatten vor Auckland zu sehen, sind die Boote immer mit flachen Segelprofilen unterwegs – ganz gleich, ob sie gegen den wahren Wind kreuzen oder von Luv nach Lee über die Bahn zurückjagen. Am eindrucksvollsten ist das bei der Rundung der Bahnmarken zu sehen, wo die Segel trotz gravierender Kursänderung nur leicht verstellt werden. Dem deutschen Spezialisten Martin Fischer zufolge, er arbeitet für das italienische Team, das das Finale gegen den Titelverteidiger aus Neuseeland erreicht hat, ändert sich der Winkel des scheinbaren Windes an Bord bei solchen Manövern wenig, von 12 bis 13 auf gerade mal 20 Grad.

Die Spanne unterschiedlicher Geschwindigkeiten ist mit einem Passagierflugzeug vergleichbar, das mit etwa 250 km/h startet oder landet, ansonsten mit etwa 800 km/h unterwegs ist. Die Tragfläche wird vorn und hinten mit Landeklappen zugunsten einer größeren Profiltiefe angepasst. Auf den America’s-Cup-Booten geschieht das ähnlich. Der Mast ist ein starres, vorne parabelförmiges Profil, an dessen 45 Zentimeter breiter Hinterkante nebeneinander zwei Tücher angebracht sind. Diese Machart bietet einen strömungsgünstig bündigen Übergang.

Mast und Segel sind eine Einheit

Der Mast selbst ist drehbar. Damit werden der Windanschnitt und die Wölbung des gesamten Profils an die Windstärke und Richtung angepasst. Geht es beim Verlassen des Wassers bei wenig Wind oder Kursen mit seitlich oder von hinten einfallendem Leichtwind darum, bei geringer Geschwindigkeit möglichst viel Kraft zu entwickeln, wird der Mast bis zu 35 Grad gedreht und die Leine am hinteren unteren Ende des Segels, Schot genannt, gelöst. Mit dem Mast verbundene, innen am Doppelsegel angebrachte biegsame Latten nehmen die Tücher bei gedrehtem Mast mit und geben ihnen so das gewünschte Profil. Der Mast und das doppellagige Segel sind aerodynamisch eine Einheit.

Man kann sich das bei der Übertragung der Regatten am besten bei niedrigem Tempo ansehen, wenn sich die Segler bei ganzen zwei Windstärken im unbeliebten Schwimmmodus über die Bahn quälen und mit jeder Extrabrise versuchen, ihr Gefährt zum Fliegen zu bringen. Die Heckkamera zeigt die Wölbung des Segels hinter dem deutlich gedrehten Mast. Während das Boot auf Touren kommt, wird das Segel dichtgeholt – bis es bei etwa 30 Knoten als flaches Brett wirkt.

Segler üblicher Boote stellen ihr Großsegel mit einer Leine über einen Flaschenzug ein. Bei den AC-75-Booten geschieht das hydraulisch, ergänzt durch eine weitere versteckte Feinjustage zwischen den Segelschichten zur Verschiebung der beiden Tücher relativ zueinander. Den bremsenden Druckausgleich des induzierten Widerstands um die Unterkante des Segels schließt eine an Deck liegende Schürze aus.

Der Anstellwinkel der gesamten Fläche wird mit dem permanent auf einer halbkreisförmigen Schiene hinten im Deck seitwärts bewegten Schotwagen eingestellt. Auch er wird der Kräfte und Reaktionsschnelligkeit halber hydraulisch bewegt. Der Schotwagen wird wie die Trimmklappen am hinteren Ende der Flügel eines Passagierflugzeugs ständig verstellt. Die schnelle Anpassung der Profiltiefe zur Windgeschwindigkeit und des Anstellwinkels der gesamten Fläche zum Wind ist entscheidend.

Die AC 75 segeln die Regatten bei leichtem bis starkem Wind aus, zwei bis annähernd sechs Beaufort. Sie müssen mit beinahe fünffacher Geschwindigkeit des wahren Windes klarkommen. Erstaunlich ist, dass die Segelfläche mit gerade mal um 15 Prozent verkleinerter Fläche an die völlig anderen Bedingungen angepasst wird. Das ist Fischer zufolge erstens durch die geringe Profiltiefe des Großsegels möglich, was die Kraft etwa um ein Drittel verringert. Zweitens wird mit einem zusätzlich in der Längsachse verdrehten, nach oben hin geöffneten Großsegelprofil der Druckpunkt niedrig gehalten, was das Boot nochmals deutlich entlastet. Hinzu kommt Fischer zufolge drittens, „dass die Zunahme des wahren Winds gegenüber dem scheinbaren Wind eine geringere Rolle spielt. Erhöht sich beispielsweise die Geschwindigkeit des wahren Windes von 10 auf 24 Knoten um 140 Prozent, wächst die Geschwindigkeit des scheinbaren Windes nur um etwa 60 Prozent.“ Eine wahrlich andere Seglerwelt.

Mit drehbaren Profilmasten experimentieren Segler anstelle der Curry’schen Mastverkleidung schon lange und mit einigem Erfolg. Das doppellagige Großsegel meldete Lewis Francis Herreshoff bereits vor 100 Jahren zum Patent an. Beides zusammen in heutiger Machart ist das AC-75-Großsegel. Dank seiner Effizienz braucht es weniger Fläche, und anders als mehrteilige Profilsegel lässt es sich nach der Regatta leicht abtakeln.

Quelle: F.A.Z.
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