Sipplinger Kirschbecher (mit Physik!)

Gestern waren wir mit der Mono auf einer Regatta mit dem schönen Namen Sipplinger Kirschbecher. Für diese Nomenklatur gibt es sicherlich einen triftigen Grund, der sich dem Autor jedoch nicht offenbaren konnte. Wie dem auch sei, jedenfalls hat das Wetter leider nicht so toll mitgespielt. Fast fünf Stunden mussten mit Brezelessen, Rumdümpeln, Boote gucken und Fachgesimpel totgeschlagen werden, bis dann endlich eine Wettfahrt angeschossen werden konnte.

Rumgedümpel beim Sipplinger Kirschbecher 2011
Rumgedümpel beim Sipplinger Kirschbecher.

Als es dann aber soweit war, wurde es interessant. Immerhin war diese Regatta ein Test für ein paar Umbauten, zwei neue und ein umgeschneidertes Segel. Der Start verlief bei etwa 5 Knoten Wind prima und wir konnten die halbe Kreuz neben der MystiQue mitfahren. Dann stellte leider wieder der Wind ab und wir wurden rechts und links von unseren Konkurenten überrollt. Frust.

Was war passiert? Nun, hier bestätigte sich wieder die Erfahrung, dass der sehr schmale und relativ dünne Kiel der Mono bei sehr geringen Geschwindigkeiten nicht funktioniert. Die Begründung liefert die Physik. Ein Kiel, bzw. die Kielfinne dient nicht nur dazu, die Kielbombe, also den Bleiballast, der dem Schiff das aufrichtende Moment verleiht, möglichst tief unter den Rumpf hängen. Sondern er dient auch dazu, Auftrieb zu generieren. So wie ein Flugzeugflügel. Allerdings ist der „Flügel“ an einem Boot ja um 90 Grad gedreht und daher drückt der Auftrieb das Boot nicht aus dem Wasser, sondern etwa 90 Grad zu der Richtung in der wir Segeln. Das Funktionsprinzip seht ihr in dem folgenden Bildchen erläutert. (Hier sei gleich angemerkt, dass die Darstellung stark vereinfacht ist. Zum einen hinkt der Vergleich mit einem Flugzeugflügel, da dieser ja nicht symmetrisch geformt ist. Zum anderen ist die Erklärung, die überall für den Auftrieb gegeben wird, so nicht ganz richtig. Eine genauere Erklärung würde aber vollkommen den Rahmen sprengen und eine Menge physikalisches Wissen voraussetzen.)

Wie funktioniert der KielLinks: So sieht der Kiel bei einer modernen Rennyacht aus. Das Profil der Finne ist natürlich stark übertrieben dargestellt. Rechts: Funktionsprinzip auf der Kreuz. Die Bootsgeschwindigkeit (dicker roter Pfeil) zeigt nicht entlang der Bootsachse! Der Grund ist die Abdrift, die auch dafür sorgt, dass die Kielfinne nicht genau von vorne angeströmt wird. Dadurch wirkt sie wie ein Flugzeugflügel und erzeugt den Auftrieb, der der Abdrift entgegenwirkt.

So, zurück zur Regatta. Als der Wind stark abflaute und wir nur noch weniger als zwei Knoten Fahrt machten, hat unser schmaler und langer Kiel keinen Auftrieb mehr erzeugt und haben viel zu viel Abdrift gehabt. Das gleiche Schicksal hat die Longtze vor uns ereilt. Klar im Vorteil waren Boote mit einem längeren und dickeren Kielprofil. So konnte dann auch die A35 MystiQue, mit der wir bei 5 Knoten Wind noch mitfahren konnten, an uns vorbeiziehen. Man vergleiche einmal die Kielfinne der Mono 22 und der A35!

So verloren wir ein paar wertvolle Plätze. Sehr doof. Nach eine Weile kam dann wieder eine leicht Brise auf – allerdings aus entgegengesetzter Richtung. Wir konnten nun unseren neuen Gennaker ziehen und uns darüber freuen, wieviel tiefer wir nun fahren können. Da die Wettfahrtleitung wegen der unstetigen Verhältnisse uns nur eine Runde segeln ließ, war die Wettfahrt dann nach etwa einer Stunde auch schon zu Ende.

Am Ende reichte es für den fünften Platz, mit dem wir, angesichts der oben beschriebenen Problematik, sehr zufrieden sind. Vor uns im Ziel waren nur Schiffe mit sieben und mehr Yardstickpunkten weniger. Alle J80, eine X99 und eine Platu haben wir hinter uns gelassen. Hinzu kommt, dass wir mit getauschten Positionen gefahren sind und neue Crew an Bord hatten. An dieser Stelle nochmal ein herzliches Dankeschön an Maike für den spontanen Einsatz!

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4 Antworten

  1. Alex

    Erbsenzähle, die kleinen blauen Pfeile an der Kielhinterkante sollten mittschiffs gezeichnet sein.
    Wie die Luftmoleküle werden auch die Wassermoleküle umgelenkt. Das ist auch der Grund weshalb ein Ruder auf der Kreuz immer etwas angestellt sein sollte. Nur so kann es ebenfalls Auftrieb erzeuge.

    7. August 2011 um 18:48

    • Nein, das stimmt nicht. Aus Symmetriegruenden kann nur Auftrieb erzeugt werden, wenn das Profil angestellt ist. Bzw. da der Kiel aber fest in der Mitte des Schiffes montiert ist (von irgendwelchen exotischen Konstruktionen mal abgesehen) muss die Anstroemung schraeg erfolgen. Das ist aber automatisch gegeben, da ja durch die Kraft die der Wind auf das Boot ausuebt eine Abdrift gegeben ist. In anderen Worten: Der kleine rote Pfeil „Abdrift“ ist der Grund, warum am Kiel ueberhaupt Auftrieb entsteht.
      Die blauen Stromlinien des Wassers muessen weit vor und weit hinter dem Kiel natuerlich in die gleiche Richtung wie der Geschwindigkeitsvektor des Schiffes zeigen (dicker roter Pfeil).

      7. August 2011 um 21:32

  2. Alex

    Eben, weit hinter dem Kiel und nicht wie gezeichnet direkt hinter dem Kiel.
    Grundsätzlich passiert im Wasser zwischen Kiel und Ruder (ausgenommen Langkieler mit am Kiel angehängtem Ruder) das Selbe wie zwischen Fock und Groß. Der Luftstrom wird von der Fock umgelenkt, weshalb das Groß einen engeren Anstellwinkel hat. Auch zu sehen bei der „Sicheren Leestellung)
    Ein Segelboot fährt, wie richtig geschrieben, schräg durch das Wasser, woraus die Anstellung des Kiels resultiert. Die Wassermoleküle verhalten sich, wesentlich kleinräumiger als die Luft, wie die Abwinde der Segel. Sie werden für eine kurze Zeit durch die Ausrichtung des Kiels der Mittschifflinie ausgerichtet. Bei neutraler Ruderstellung würde das Ruder zwar daher den minimalsten Wiederstand bieten da es zur Strömung keine Anstellung hat, aber keinen Auftrieb. Bis max. 4-5° Ruderanstellung ist aber der Auftrieb Wertvoller als der Wiederstand kostet. Am optimalsten ist eine Ruderstellung von ca. 3°.

    7. August 2011 um 23:03

    • OK, ich verstehe was du meinst. Es ist richtig, dass es einen sog. Downwash vom Kiel gibt und der effektive Anstroemungswinkel etwas von der freien Stroemungsrichtung abweicht. Wenn das Ruder aber nicht direkt hinter dem (kurzen) Kiel sitzt, wie bei der Mono 22 der Fall, dann ist dieser Effekt aber sehr gering. Es ist keinesfalls so, dass die Stroemung hinter dem Heck wo sich ein angehaengtes Ruder befindet parallel zur Mittschiffslinie ist, wie du schreibst. Der Effekt zum einen sehr gering ist und da zum anderen in meiner Skizze gar kein Ruder eingezeichnet ist habe ich diese Kleinigkeit vernachlaessigt. Spielt fuer das Wirkungsprinzip der Kielfinne ja auch keine Rolle.

      Wie gross die Winkelaenderung durch den Downwash quantitativ ist, laesst sich nicht allgemein sagen. Von einer optimalen Ruderstellung zu sprechen macht ohne weitere Angaben keinen Sinn. Die haengt von zu vielen Parametern an. Zum einen von Konstruktionsparametern wie der Kiel Aspect Ratio, dem Kielprofil und dem Abstand zum Ruder. Zum anderen von dynamischen Parametern wie dem Abdriftwinkel, der Kraengung, der Bootsgeschwindigkeit, der Stroemungsgeschwindigkeit und so weiter.

      Wenn man genaue Ergebnisse will, dann kommt man um eine numerische Stroemungsanalyse und/oder Schleppversuche im Tank nicht herum.
      Wer es genauer wissen will, sollte sich die Arbeiten von Keuning zu dem Thema anschauen. Der gibt auch eine empirische Formel, mit der sich der Downwash-Winkel abschaetzen laesst.

      8. August 2011 um 10:41

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