Technik

America's Cup: So funktioniert die Spitzentechnologie

Die neuen Cupper sehen so gleich aus und doch so unterschiedlich. Wir erklären die neuen AC75-Boliden im Detail, die Rümpfe, die Foils, die Segelbedienung

Lars Bolle am 17.12.2020
America's Cup
Luna Rossa | Studio Borlenghi

Das Zusammenspiel aller Komponenten ist die größte Herausforderung

Die ersten Rennen sind absolviert, die Teams haben schon fast alles gezeigt, was sie in petto haben. Und das sieht sehr unterschiedlich aus. In drei Folgen erklären wir, wie die neuen AC75-Rennboliden funktionieren und wo die Unterschiede bei den Teams liegen. Es ist ein Einblick in komplizierte Ingenieursarbeit und das Zusammenspiel von Segelphysik auf einem neuen Niveau.

Teil 1: Die Rümpfe

Zunächst ein paar Eckdaten: Vorgegeben ist eine Gesamtlänge des Rumpfes zwischen 20,60 und 20,70 Metern, was 68,5 Fuß entspricht. Den Bugspriet hinzugerechnet, ergeben sich 75 Fuß – daher die Bezeichnung AC75. Die Rumpfbreite muss zwischen 4,80 und 5 Metern liegen, das Gesamtgewicht zwischen 7785 und 7815 Kilogramm.

Die Bugform wie auch das Heck werden durch Mindestbreiten definiert. Der Bug muss an zwei Punkten, 17 Meter und 19 Meter vom Heck nach vorn gemessen, schmaler als 1,6 Meter beziehungsweise 1,0 Meter sein. Das Heck muss mindestens vier Meter breit sein.

Der Rumpf muss ein Mindestvolumen von 70 Kubikmetern umfassen und außerdem bei einem 90-Grad-Kentertest ein bestimmtes aufrichtendes Moment aufweisen. Außerdem ist eine Mindest-Rumpfstabilität vorgegeben. Diese Eigenschaften sind nur mit einem entsprechenden Freibord zu erreichen. Ansonsten könnten die Rümpfe brettflach sein.

Der Take-off

Beim Design muss zwischen zwei Phasen unterschieden werden, dem Verdrängermodus mit dem sogenannten Take-off, dem Abheben der Boote, und dem reinen Flugmodus. Der eigentliche Verdrängermodus ist fast unwichtig, denn in diesem werden die Boote so gut wie nie segeln. Das untere Windlimit beträgt 6,5 Knoten, das obere zunächst 21 Knoten (später 23). Es geht also darum, bei 6,5 Knoten aus dem Wasser zu kommen, sei es nach einem Zweikampf in der Vorstartphase oder einem Splashdown, also nach dem Herunterfallen von den Foils, etwa nach einem Manöver. Idealerweise sollte das aber während des Rennens gar nicht passieren. Offenbar haben die Konstrukteure den Take-off etwas unterschiedlich interpretiert.

Am auffälligsten sind dabei Verteidiger Emirates Team New Zealand und Herausforderer Ineos Team UK. Beide Teams haben den Rümpfen sogenannte Bustles verpasst, welche wie Langkiele aussehen, aber nichts mit ihnen zu tun haben. Sie sind kein Ballast oder wirken gegen Abdrift. Es geht darum, beim Take-off möglichst schnell die benetzte Fläche und damit den Reibungswiderstand des Rumpfes zu verringern. Bei beiden Booten hebt sich der Rumpf an, aber der Bustle bleibt noch im Wasser und liefert Auftrieb bei verringerter Fläche und Volumen. Im Prinzip funktionieren auch die Rümpfe der beiden anderen Herausforderer American Magic und Luna Rossa ähnlich. Nur wurde dort jeweils ein etwas runderer Spant gewählt, ohne den ausgeprägten Buckel, womit bei ihnen der Übergang vom Verdränger zum Semi-Flieger eher gleitend, bei den beiden anderen plötzlich verläuft.

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Die Neuseeländer können sich Splashdowns wegen ihres Bustles eher leisten

Gleiches gilt anders herum. Falls die Rümpfe etwas zu tief geflogen werden oder sich bei Druckverlust absenken, wird bei den Briten und Neuseeländern beim leichten Absenken nur eine kleine Fläche benetzt, was nicht so stark bremst. Der Bustle liefert jedoch etwas Auftrieb, was das weitere Absenken verhindern kann. Bei den beiden anderen besteht eher die Gefahr, dass sich die Rümpfe beim Absenken eher festsaugen und vollends eintauchen, da schneller eine größere Fläche benetzt wird. Sie müssen aufmerksamer geflogen werden, verzeihen ein Absenken weniger.

Die Italiener und Briten haben zudem eine Art Kante in der Spantform. Diese hat jedoch weniger mit dem Take-off als vielmehr damit zu tun, die vom Regelwerk geforderte Rumpfstabilität zu erreichen. Dafür ist ein gewisses Volumen nötig.

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Wer in Duellen nach Splashdowns am schnellsten wieder auf die Foils kommt, fliegt dem Gegner davon

In den ersten Rennen fiel auf, dass die Neuseeländer sehr schnell auf die Foils kommen. Das hängt mit der Form ihres Rumpfes zusammen. Der Spant im hinteren Rumpfbereich ist annähernd flach geformt (hohl darf der Rumpf nirgends sein). Das ist zwar eigentlich schlecht, weil sich das Heck im Verdrängermodus eher festsaugt. Dafür kann auch die Rumpfmitte flacher ausfallen, weil der Heckbereich zur Rumpfstabilität beiträgt. Beim Take-off heben die Neuseeländer mit einem starken Anstellwinkel des Flügels am Heck dieses stark an. Da ihr Rumpf vorn relativ voluminös geformt ist, also viel Auftrieb bietet, taucht das Boot vorn nicht weg, sondern hebt sich als Ganzes plötzlich aus dem Wasser. Das Boot der Briten beispielsweise pendelt in dieser Phase eher um die voluminösere Schiffsmitte, wie auch die Boote der beiden anderen Teams, die rundere Heckpartien und damit auch rundere Schiffmitten aufweisen.

Die Flugphase

Sind die Rümpfe aus dem Wasser, geht es vor allem darum, ihren aerodynamischen Widerstand so gering wie möglich zu halten. Die könnten brettflach sein, aber das verbietet das Regelwerk. Die Boote sollen noch wie Boote und nicht wie irgendwelche Segelgeräte aussehen.

Alle Teams haben sich in diesem Bereich von ihren Versionen der ersten Boote zu den aktuellen Designs deutlich weiterentwickelt. Am auffälligsten sind wieder die Neuseeländer. Wie bei einem Le-Mans-Rennwagen mit durchgezogenen Kotflügeln befindet sich die Crew wie in zwei langgezogenen Kapseln. Die Helme ragen kaum darüber hinaus. Diese abgeschlossenen Kapseln sind sehr strömungsgünstig, erhöhen jedoch das Gesamtvolumen des Rumpfes und damit den aerodynamischen Widerstand. Dafür wurde jedoch das Deck in diesem Bereich sehr flach gezogen, um den höheren Widerstand der beiden Kapseln mittels geringerem Rumpfwiderstand zu kompensieren. Insgesamt hat der Rumpf so wohl einen ähnlichen Widerstand wie bei den anderen Teams, die Crew jedoch bietet keinen solchen. Die Crews der anderen Teams stehen dagegen deutlich mehr im Fahrtwind, der bei 30 Knoten Amwindgeschwindigkeit bei 15 Knoten wahrem Wind leicht über 40 Knoten beträgt.

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Die Cockpits der Italiener (links) und Neuseeländer im Vergleich. Die Neuseeländer befinden sich in einer geschlossenen Kapsel, sind kaum für den Wind zu "sehen". Dafür ist der Ein- und Ausstieg etwas komplizierter, sie müssen regelrecht hinein- und herausspringen. Die Italiener stehen deutlich mehr im Wind

Auch im Flugmodus spielt der Bustle eine große Rolle. Die Italiener und Amerikaner haben diesen zwar nicht so ausgeprägt wie die Neuseeländer und Briten, erzielen aber mit einem Skeg, einer senkrechten Fläche vom Bug bis zum Heck oder kurz davor, einen ähnlichen Effekt.

Bei diesem geht es darum, einen Druckausgleich zwischen Lee- und Luvseite nicht nur im Großsegel zu verhindern, sondern im gesamten Bootssystem. Dazu liegen nicht nur die Genuas auf dem Deck auf, sondern auch die Großsegel.

Diese geschlossene Fläche soll sich möglichst bis zur Wasserlinie fortsetzen, es soll keine Luft unter den Rümpfen zirkulieren. Deshalb werden die Boote immer so knapp wie möglich über der Wasseroberfläche gefahren.

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So knapp über dem Wasser geflogen entfaltet der Bustle seine volle Wirkung als Endplatte gegen Druckausgleich

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So hoch wie hier die Neuseeländer sollten die Rümpfe nicht geflogen werden.

Außerdem versuchen die Teams, die Boote in der Flugphase nach Luv zu krängen und mit der Nase so weit wie möglich nach unten zu neigen. Auch das hat etwas mit Aerodynamik zu tun, mehr noch aber mit den Foils. Doch dazu mehr in einer der kommenden Folgen.

In den weiteren Folgen erklären wir die unterschiedliche Auslegung der Foils sowie die Bedienung der Segel. Auch in diesen Bereichen gibt es interessante und markante Unterschiede.

Übrigens: In Ausgabe 3/2021 bringt die YACHT ein großes Spezial zum Start der Herausfordererserie – es wird der Must-Have-Guide zum America's Cup mit allen relevanten Infos bis zum Finale. Das Heft bekommen die Abonnenten pünktlich zum Start der ersten Round Robin, am Kiosk wird es ab 20. Januar erhältlich sein. Es kann auch hier bestellt werden...

Lars Bolle am 17.12.2020

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