America’s Cup

Technik verständlich 2: der Wing – ein Segel als Tragfläche

Der vermeintlich starre Flügel ist filigran justierbar. Allerdings: Nicht alles, was theoretisch möglich wäre, ist von der Crew auf dem Wasser zu leisten

Lars Bolle am 19.05.2017
America's Cup Technik
YACHT/Lars Bolle

Die Katamarane werden, wie schon beim vergangenen Cup, hauptsächlich durch vermeintlich starre Flügel angetrieben. Diese bestehen aus dem vorderen, festen Teil, dem eigentlichen Mast, sowie drei verstellbaren Klappen und sind ein Verbund aus Rippen und senkrechten Trägern, mit Folie überspannt.

Die äußere Form, das Profil, von Mast und Klappen ist für alle einheitlich festgelegt, auch die Struktur des Mastes. Die Struktur der Klappen ist dagegen freigestellt, sie können unterschiedlich flexibel sein. Der senkrechte Spalt zwischen Mast und Klappen ist wichtig, um die Strömungsgeschwindigkeit an der Leeseite der Klappen zu erhöhen. Er darf bei diesen Cup-Katamaranen, anders als zuvor, nicht mehr angepasst werden.

Eine Erklärung der Funktionsweise des Wings

Die drei Klappen sind einzeln verstellbar. Somit ist es möglich, die Profiltiefe des Flügels und den Twist des Achterlieks zu modifizieren. Das erfolgt über vier Hebelarme: einer unten am Flügel, einer oben und jeweils einer zwischen den Klappen. Jeder dieser Arme ist einzeln ansteuerbar.

Gegenüber dem vorigen Cup hat es in diesem Bereich große Fortschritte gegeben. Von außen schon daran zu erkennen, dass die ehemals weit seitlich aus dem Flügel ragenden Arme fast nicht mehr zu sehen sind, also stark miniaturisiert wurden. Das kommt der Aerodynamik zugute. Die Verstellung der Klappen erfolgt bei allen Teams mittels Hydraulik, ist aber unterschiedlich gelöst.

Wenn die Segelcrew etwa die Profiltiefe unterwegs anpassen möchte, müsste sie nun vier verschiedene Hebelarme bedienen. Bei der Flügeleinstellung sind jedoch keine elektronischen Hilfen erlaubt, und es darf zudem, anders als bei den Foils, zur Flügelverstellung keine Energie gespeichert werden. Die Crew müsste also gleichzeitig Druck auf die Hydraulik kurbeln und den Flügel an vier Positionen verändern.

AC-Technik

Die prinzipiellen Einstellmöglichkeiten des Flügels

Da dies zu viele Aufgaben gleichzeitig sind und damit ein hohes Fehlerpotenzial bestünde, werden wahrscheinlich bei allen Teams sogenannte Differenzialantriebe eingesetzt. Das sind Hebelarme, an denen Verstellleinen in immer weiterem Abstand zur Drehachse angebracht sind. Wird dann der Hebel bedient, via Hydraulik, legen die Leinen je nach Abstand zur Drehachse unterschiedlich lange Wege zurück.

Oder aber die drei Klappen werden direkt über Hydraulikzylinder im Flügel bedient. Das wird über Öldurchflussraten und die sogenannte Master-Slave-Konfiguration gelöst: Wenn ein Hydraulikzylinder verstellt wird, der Meister, gehen die anderen, die Sklaven, automatisch mit. Damit sie unterschiedlich lange Wege für einen unterschiedlichen Twist zurücklegen, haben sie verschiedene Zylinderdurchmesser, also Volumina. Damit ist die gesamte Verstellung von Twist und Profil also in sich gekoppelt. Zudem wird die Twistcharakteristik – ob er linear oder nichtlinear ist – an Land voreingestellt, je nach Wetterbedingungen. Die Crew muss dann beim Segeln nur noch die Profiltiefe und die Stärke, aber nicht mehr die Art des Twists wählen, also etwa auf Amwind-Kursen flacher trimmen oder auf Vormwind-Strecken bauchiger.

America's Cup Technik

Das Foto zeigt das Bedienelement der Klappe im Topp-Bereich an einem Prototypenflügel von Oracle Team USA. An den Auslegerarmen sind jeweils Trimmleinen befestigt, die durch den Mast nach unten geführt wurden und dort an Hydraulikzylindern enden. Angenommen, mittels des Hydraulikzylinders würde die Leine am oberen Auslegerarm gespannt, so würde sich das Klappenelement nach oben bewegen. Wenn alle Bedienarme um denselben Winkel verstellt werden, entsteht nur ein Profil, kein Twist. Wenn von unten nach oben verschiedene Winkel vorgegeben werden, twistet die Achterkante. Die Bedienelemente wurden zuletzt stark miniaturisiert und verschwinden jetzt im Flügel

America's Cup Technik

Blick in das untere, streng geheime Segment eines Prototypen-Flügel bei Oracle Team USA. Es birgt die Mechanik für die Verstellung von Profil und Twist, ein Zusammenspiel von Hydraulik und Leinen

Es ist auf diese Weise auch möglich, den oberen Bereich des Flügels negativ zu trimmen. Das wird vor allem bei mehr Wind praktiziert, wenn der Flügel schon zu viel Kraft erzeugt und nicht mehr voll gefahren werden kann. Er könnte dann oben neutral positioniert werden, um möglichst wenig Widerstand zu erzeugen. Die Negativstellung bewirkt aber einen Sog nach Luv statt nach Lee, was aufrichtendes Moment erzeugt.

Der gesamte Flügel ist drehbar gelagert, der Anstellwinkel wird über eine Schot reguliert. So bleiben für die Crew letztlich prinzipiell nur zwei Trimmleinen: Profiltiefe und Twist sowie Anstellwinkel.

Winzig kleine Genuas – oder gar keine

Zusätzlich zum Flügel werden Genuas gefahren, je nach Windstärke in drei verschiedenen Größen: 36, 23 und 16 Quadratmeter. Das erscheint im Vergleich zum Flügel mit  seinen 100 Quadratmetern gering.

Da die Kats jedoch schon bei wenig Wind sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen, bis zum Dreifachen des wahren Windes, steigt auch schnell der scheinbare Wind an Bord an, insbesondere an der Kreuz. Deshalb muss die Vorsegelfläche früh reduziert werden, da sie sonst nur den Widerstand erhöhen würde. Außerdem wird der Flügel bei mehr Wind im oberen Bereich wie erwähnt invertiert. Eine hohe Genua würde den Wind in diesem oberen Bereich aber von der falschen Seite beschleunigen, nämlich in Lee statt wie gewünscht in Luv.

Zuletzt waren die Neuseeländer bei relativ viel Wind sogar ohne Genua auf dem Trainingskurs. Vielleicht ein Indiz dafür, dass das Vorsegel schnell zur Bremse wird, statt zusätzlich zu beschleunigen.

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Artikelstrecke Countdown zum America's Cup


Lars Bolle am 19.05.2017

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