America's Cup

Technik verständlich 1: Warum ein Foil das Match entscheidet

In vier Folgen wird hier die Funktionsweise eines aktuellen Cup-Boliden erklärt. Heute: die Foils, der heilige Gral der Konstrukteure

Lars Bolle am 18.05.2017
America's Cup Technik
YACHT/Lars Bolle

Mit einer Kostenreduktion begründete America’s-Cup-Chef Russell Coutts nach der vergangenen Auflage, bei der noch auf 72-Fuß-Monstern gesegelt worden war, die Verkleinerung der Boote. Erst sollten es 62-Fuß-Kats sein, nun sind es 50 Fuß geworden. Dank vielfältiger Weiterentwicklungen sind diese neuen Rennboliden dabei deutlich schneller als ihre Vorgänger, sie schaffen bis zu 50 Knoten Speed.

Günstiger wurde es für die Teams jedoch kaum, wie die bis zu sechsstelligen Millionenbudgets zeigen. Was verwundert. Denn neben der Verkleinerung der Boote und auch der Segelcrews wurde zudem eine Vereinheitlichung vieler Bauteile beschlossen. So sind die Profilierung des Flügels und der vordere Flügelteil, die Form und Ausführung von Rümpfen, Beams, dem Mittelstück (Pod) sowie dem Bugspriet einheitlich vorgegeben. Damit wurde vordergründig ebenfalls eine Kostenersparnis erreicht.

Wie die Cup-Boliden das Fliegen lernten

Tatsächlich vermutet mancher dahinter aber einen Wettbewerbsvorteil, den sich Verteidiger Oracle Team USA gesichert hat. Die Mannschaft von Software-Milliardär Larry Ellison wurde beim vergangenen Cup kalt erwischt, als die Neuseeländer ihr Boot zum Fliegen brachten. Das sollte aufgrund der immer noch geltenden Regel, dass immer nur ein Schwert im Wasser sein darf, eigentlich nicht möglich sein. Die Neuseeländer fanden einen Weg, und den Amerikanern gelang es nur mit großer Anstrengung, die Niederlage zu vermeiden.

Solch eine Überraschung wollte der Verteidiger dieses Mal offenbar nicht wieder erleben. "Ein reiches Team hat stets das Interesse, die Regeln so weit wie möglich einzuschränken", sagt Martin Fischer. Der deutsche Foil-Experte ist Chefkonstrukteur des französischen Teams Groupama. "Wenn man mehr oder weniger dasselbe hat wie alle anderen", so Fischer weiter, "kann man, wenn man mehr Geld hat, mehr trainieren, mehr verfeinern und wird am Ende gewinnen. Bei einer offenen Regel besteht hingegen das Risiko, dass jemand etwas findet, an das man selbst nicht gedacht hat." So wurde zwar das Spielfeld der Konstrukteure verkleinert, dafür aber die Detailarbeit erhöht.

Die Foils werden den Cup gewinnen

Das Design der Foils und ihre Verstellmöglichkeit ist so etwas wie der heilige Gral dieses Cups. Es ist längst keine Kunst mehr, einen Katamaran zum Fliegen zu bringen, also auf Foils zu heben. Die Aufgabe beim America’s Cup ist vielmehr, dies so früh wie möglich, also schon bei sehr leichtem Wind, zu schaffen und den Kat während der gesamten Wettfahrt in der Luft zu halten. Dabei sollte der hydrodynamische Widerstand immer so gering wie möglich sein.

Schon ein einziger sogenannter Touchdown, also das Berühren der Wasseroberfläche mit den Rümpfen, kann entscheidende Meter kosten. Dabei gilt es, das Verhältnis der Kräfte abzuwägen. Es gilt: je mehr Auftrieb, desto größer der Widerstand. Und je aggressiver die Form, desto geringer der Widerstand, aber desto instabiler die Fluglage.

Die AC 50 werden auf dem gesamten Kurs fliegen

Bei der vergangenen Auflage wurden die Schwerter noch eher in V-Stellung gefahren. Diese garantiert die stabilste Fluglage, und sie reguliert die Flughöhe recht gut selbst. Diese Stellung wird auch bei Strandkats oder dem GC32-Katamaran verwendet.

Heute wird beim Cup jedoch auf allen Kursen, am Wind wie vor dem Wind, das Schwert eher senkrecht gefahren. Dabei ist die Abdrift am geringsten, was auch vor dem Wind wichtig ist, vor allem aber der Widerstand. Möglich ist diese senkrechte Stellung aufgrund der stark weiterentwickelten Bedienung des Anstellwinkels der Foils (dazu mehr in einem späteren Artikel). Das Schwert kann vom Steuermann extrem feinfühlig justiert werden, er kann auf jede Höhenänderung sofort reagieren. Daher ist eine selbstregulierende Stellung nicht mehr nötig.

Der Steuermann kann nicht nur, er muss sogar reagieren. Denn die verwendeten Foils sind permanent instabil, um so möglichst geringen Widerstand zu erzeugen. Zudem sind die Foils dreidimensional verstellbar, was enorme Möglichkeiten eröffnet. Wie kompliziert die Verstellung ist, zeigen bisher einmalige Grafiken eines Prototypen von Land Rover BAR.

Fotostrecke: Die Foilverstellung

Jedes Team darf während des Cups vier Foils einsetzen. Wie diese ausgeführt sind, richtet sich auch nach der Renntaktik. Am einfachsten wären zwei Satz Foils: einer für wenig Wind mit mehr Auftrieb, einer für viel Wind. Es könnten aber auch vier verschiedene Foils sein, und das Boot könnte asymmetrisch auf den Rennkurs gehen (dazu mehr im späteren Artikel "Race-Taktik").

Die Foils sind entweder mit einem Sandwich-Kern laminiert, womit sie leichter sind, aber auch stärker verformen, oder aus Volllaminat. Je nach Fertigungsart kostet solch ein Foil zwischen 200.000 und 400.000 Euro, die Bauzeit beträgt bis zu zwölf Wochen.

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Einer der frühen Testfoils bei Oracle Team USA

Während des Rennens segelt ein AC 50 auf drei "Beinen": dem Leeschwert sowie beiden Rudern. Es darf immer nur ein Schwert im Wasser sein, außer in Wenden oder Halsen. Dann dürfen beide für maximal 15 Sekunden ins Wasser.

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Das Funktionsprinzip des Segelns auf drei "Beinen"

Mit dem Leeschwert wird der Auftrieb reguliert sowie die Abdrift. Das Leeruder erzeugt ebenfalls Auftrieb und einen buglastigen Trimm. Das Luvruder dagegen wird auf Abtrieb gestellt. Es zieht den Rumpf in Luv nach unten und sorgt somit für zusätzliches aufrichtendes Moment.

Der Anstellwinkel der Ruder muss in Wenden und Halsen wechseln, da sie sonst auf dem neuen Bug verkehrt herum wirken würden. Dies erfolgt automatisch. Bei Einleitung des Manövers gibt der Steuermann den entsprechenden Befehl, und die Ruder ändern ihre Anstellwinkel. Ist dieser Befehl einmal gegeben, gibt es kein Zurück mehr, oder der Kat plumpst auf das Wasser.

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Das Ruder kann über zwei Achsen verstellt werden

Zuletzt waren vermehrt Foils mit einem leichten S-Schlag im senkrechten Teil zu sehen. Dieser dient der Erhöhung des aufrichtenden Moments. Ist das Schwert abgesenkt, wandert der Ansatz des Tips, des waagerechten Teils, nach außen, bis er die maximale Rumpfbreite erreicht. Wäre der Schwertschaft genau gerade, ginge das Stück Breite zwischen Schwertkasten und Rumpfaußenseite für das aufrichtende Moment verloren.

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Testruder bei Oracle Team USA

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Artikelstrecke Countdown zum America's Cup


Lars Bolle am 18.05.2017

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