America’s Cup

Technik verständlich 4: Aerodynamik in einer neuen Dimension

Die neuen AC 50 sind schnell, zweieinhalb bis dreimal so schnell wie der Wind. Da bekommt der aerodynamische Widerstand eine völlig neue Bedeutung

Lars Bolle am 21.05.2017
AC Technik
ETNZ

Der scheinbare Wind kommt auf den neuen AC50-Katamaranen auf jedem Kurs schräg von vorn, auch vor dem Wind. Bei Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 50 Knoten weht es also ständig heftig von vorn über das Boot. Damit wurde der aerodynamische Widerstand so wichtig wie nie zuvor.

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Die Form der Verkleidungen der Beams ist eine wichtige Maßnahme zur Verbesserung der Aerodynamik

Da die Form der Rümpfe und der Beams wie auch des Wings vorgegeben sind, beschränkt sich die Arbeit der Aerodynamik-Experten vor allem auf die Gestaltung der Verkleidungen der Beams und die Gestaltung der Crewpositionen. Dabei haben sie freie Hand. Die Beamverkleidungen müssen aber fest verbaut sein und dürfen beim Segeln nicht verändert werden. Wohl aber vor jedem Renntag, und das gesamte Boot darf vor jedem Renntag neu vermessen werden.

Diese Möglichkeit kann bedeutsam sein, denn die Verkleidung der Beams ist nicht stromlinienförmig ausgeführt, sondern sie hat die Form einer Tragfläche, die Auftrieb nach oben generiert. Das hebt das Boot zusätzlich und hilft vor allem beim Wenden.

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Beam-Verkleidung bei Land Rover BAR

Die AC50-Katamarane sind so schnell geworden und haben einen solch geringen Widerstand, dass es erstmals möglich ist, auch während einer Wende komplett auf den Foils zu bleiben, also die sogenannte Powerwende zu fahren. Bei diesen Wenden entsteht ein interessanter Effekt: Wenn der Steuermann anluvt und das Boot in den Wind geht, bremst oben der Flügel, da er keinen Vortrieb mehr erzeugt, wenn der Anstellwinkel zum Wind zu gering wird. Das Boot fährt jedoch aufgrund seiner Trägheit und seines hohen Speeds weiter, quasi unter dem Flügel hinweg.

Wie Oracle Team USA den Windtunnel von BMW zur Optimierung der Aerodynamik nutzte

Das hat zur Folge, dass die Buge anfangen zu steigen. Der Kat versucht also in der Wende, mit den Bugen gen Himmel zu fahren. Dies verhindert vor allem die Beam-Verkleidung achtern. Da sie Auftrieb erzeugt und den Kat achtern anhebt, vermutlich stärker als die Verkleidung vorn, steigt das gesamte Boot nach oben. Das verringert das Gewicht auf den Foils, sodass diese es schaffen, trotz geringerer Fahrt in der Wende den Kat in der Luft zu halten.

Mit dem offensichtlichen Längstrimm der Katamarane auf die Buge, also dass sie mit dem Heck höher segeln als mit den Bugen, hat dieser aerodynamische Auftrieb am Heck nichts zu tun. Dieser Trimm wird allein über die Ruder erzeugt. Der dabei auftretende zusätzliche Widerstand ist deutlich geringer, als würde die aerodynamische Verkleidung diesen Auftrieb erzeugen.

Buglastiger Segeltrimm

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Die nach vorn geneigte Fluglage soll die benetzte Fläche an den Ruder reduzieren und den Widerstand der Genua-Plattforn verringern

Die nach vorn geneigte Segelweise hat zwei Gründe. Zum einen kommen so die Ruderblätter so weit wie möglich aus dem Wasser, womit sich ihr Widerstand verringert. Der zweite Grund ist der "Bugspriet", die dreieckige Plattform, welche die Genua trägt und nach unten abschließt. Dieses Bauteil ist in der Regel vereinheitlicht und im Verhältnis zur Wasserlinie zwei Grad nach oben geneigt. Würden die Boote parallel zur Wasserlinie gesegelt, stünde diese Platte leicht nach oben und hätte einen erhöhten Widerstand. Mit der Neigung nach vorn wird dieser Widerstand verringert.

35. America's Cup

Vier stehende Grinder, hier Land Rover BAR, verwirbeln die Luft

Bei der Crewposition gibt es nur zwei deutlich unterschiedliche Varianten. Außer den Neuseeländern benutzen alle Teams Grinder, die vier Crewmitglieder für deren Bedienung stehen im Boot. Die Neuseeländer dagegen sitzen auf Rädern und arbeiten mit den Beinen. Neben der erhöhten Kraftbereitstellung soll diese Konstellation auch aerodynamisch günstiger sein. Wie bei einem Rennrad-Vierer bilden die vier Mann eine geschlossene Einheit, die zwar etwas exponierter ist als bei den Grindern, dafür aber weniger Verwirbelung verursacht als vier einzeln stehende Personen.

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Die vier kompakten Radler bei Emirates Team New Zealand sollen auch strömungsgünstiger sein

Mit welcher Detailbesessenheit auch hier gearbeitet wird, wurde zuletzt wieder bei den Neuseeländern deutlich. Die vier Radfahrer bekamen "Buckel", Erhöhungen an der Kleidung im Nackenbereich, wie man sie auch vom Motorrad-Rennsport kennt. Diese sollen für einen noch ungestörteren Strömungsverlauf sorgen.

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Lars Bolle am 21.05.2017

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