Windkanaluntersuchungen einer segelyacht

ARCHIEF

ist, sei noch nicht endgültig zu beantworten, da auch der Dieselmotor heute mit Zylinderleistungen bis zu 4000 PS für Cesamtleistungen über 40 000 PS hinaus in einem Motor verwendbar ist.

Bei Turbinenantrieben gehe die Tendenz dahin, mit mig-lichst kleinen Propellerdrehzahlen zu arbeiten, um damit den bei kleineren Drehzahlen günstigeren Propellerwirkungsgrad zu nutzen. Drehzahlen von 80 Umdrehungen pro Minute werden heute vorgesehen, wohingegen bei Dieselmotoren Drehzahlen zwischen 105 und 110 Umdrehungen pro Minute üblich sind, um die sich ergebenden Gewichte in einiger-maßen Grenzen zu halten.

Einführung

Nur wenige Arbeiten sind in Deutschland bisher bekannt geworden, die sich mit der Untersuchung der Kräfte auf

Jachtbesegelungen befaßten (Groseck [1], Rösingh [21, Curry [3]). Die angelsächsischen Länder waren und sind auf dem Gebiet der Jachtforschung wesentlich aktiver. Erinnert sei an die grundlegende Arbeit Davidsons von 1936 [4]. In jüng-ster Zeit wurde besonders an der University of Southampton intensive Jachtforschung betrieben (Sainsbury [5], Marchaj

[6]).

Aus Wettbewerbsgründen bleibt ein großer Teil der Jacht-forschungsergebnisse geheim, vor allem, wenn man an den enormen Aufwand zur Vorbereitung der Regatten um den America's Cup denkt.

Betrachtet man die zugänglichen Ergebnisse der bisheri-gen Unterschunbisheri-gen an Jachtbesegelunbisheri-gen, so fällt auf, daß man das Hauptaugenmerk auf deñ Kurs ,,axn Wind" richtete. Es fehlen Untersuchungen des Raumwindkurses und der da-zugehörigen Segelführungen.

rm Rahmen des Forschungsvorhabens ,,Windkräfte an Schiffen" des Instituts fü Schiffbau der Universität Ham-burg ergab sich die Möglichkeit, auch eine Segeljacht im Windkanal zu untersuchen. Selbstverständlich konnten nicht alle interessierenden Fragen behandelt werden, da es sich nur um eine Teiluntersuchung innerhalb eines umfassenden Programms der Untersuchung verschiedener Schiffstypen im Windkanal handelte. Es sollten jedoch eine Standard-Take-lage mit Rumpf auf möglichst allen Kursen zum Wind und bei den wichtigsten Segelführungen untersucht sowie ver-schiedene Maßnahmen zur Verbesserung der herkömmlichen Takelage in bezug auf ihre Wirksamkeit überprüft werden.

Beschreibung von Modell und Versuchseinrichtung Model!: Für die Untersuchungen wurde das im Maßstab

1:20 _{hergestellte Modell eines 7KR-Seekreuzers gewählt} (Abb. 1).

Die Segel bestanden aus Segeltuch Dacron 100 g/m2 und waren mit Ausnahme des Spinnakers aus einem Stück

her-gestellt.

Um die gewünschte Großsegelwölbung (Wölbungstiefe ca. 90/o der Sehnenlänge) einstellen zu können, waren Mast und Croßbaum geschlitzt und das Segeltuch zwischen den Mast- und Großbaumhälften eingeklemmt. Der Mast war abnehrnbar und drehbar gelagert, die Masterspannung am Topp angebracht. Hauptabmessungen: Länge LOA 0.562 m L\VL = 0.405 m Bina.c 0.156 m Masthöhe = 0.808 m über WL Segelhöhe = 0.790 m über WL Segelflächen mit Genua As = 0.19S6

m-mit Fock 0.1605

m-mit Spinnaker 0.2596 m-Versuchseinrichtung (Abb. 2):

Das Modell wurde im

Windkanal des Ifs in einem Rechteckstrahl (1.75 m breit und 1.00 m hoch) mit unten angrenzender Bodenpiatte Untersucht. Es war auf einer in die l3odenplatte einge-lassenen Drehscheibe befestigt. Die unterhalb der

Dreh-6:

_67a

4: -,S'

/

Windkanaluntersuchungen einer Segeljacht

Deift

Von B. W a g n e r und P. B o e s e, Hamburg

scheibe befindliche 3-Komponenten-Waage ermöglichte die Messung von Widerstand, Querkraft und Giermoment. Eine ausführlichere Beschreibung der Versuchseinrichtung be-findet sich in [7].

Wichtige Versudisdaten:

Strahlgeschwindigkeit V = 14.10 rn/s

Staudruck q = 12.12 kp/rn2

Reynoldszahl V L5/v ca. 4.5 1O Strahiversperrung maximal 20.6 °/o

Mit der Kiellegung für ihre Bao-Nr. 1370 hat die AG ,,Weser" erstmals ihren umgebauten Aifried-Helgen belegt,

der zunächst eine Breite von 66 m erhielt und bei

ent-sprechender Länge die Möglichkeit bietet, Schiffe bis etwa 400 000 t Tragfähigkeit zu bauen. Der Alfried-Helgen wird von einem Krupp-Ardelt Bockkran mit einer Hebefähigkeit von 780 t überspannt, der kürzlich erfolgreich erprobt wor-den ist. Mit diesem Ausbau ist die AG ,,Weser" zur Zeit die einzige Werft in Deutschland, die Schiffe über 250 000 t Tragfähigkeit bauen ka n. Pie ei

werden, sind die größt

.t4.he.,

Ufl e

Organisation bisher in Auftrag gegeben wurden.

Technische Hogeschool

Abb. 1: Moddllzeithnung

Während der Versuche wurde der Vorkammerdruck des Windkanals konstant gehalten. Eine Korrektur des Einflusses der Strahlversperrung auf den Staudruck und die wirksame Schräganströmung erfolgte nicht, da die Korrektur nur ge-ring und für den Aussagewert der Ergebnisse ohne Be-lang ist.

Sthiff und Hafen, Heft 9/1968, 20. Jahrgang

619

--

= 27

Die Fotos Abb. 2 und 3 zeigen das Modell im Windkanal. 3. Versuchsprogramm und Versuchsdurchführung

Zunächst wurde das gesamte Modell (einschließlich Rumpf)

auf allen Kursen zum Wind untersucht, und zwar mit den

Segelführungen ,,Großsegel und Fodc", ,.Großsegel und Genua", ,,Großsegel und Spinnaker". Anschließend wurden die Kräfte auf den Rumpf ohne Rigg und Besegelung

ge-messen.

In der folgenden Versuchsreihe wurde der Mast allein auf der Drehscheibe verspannt. Ohne Rumpfeinfluß wurden wiederum die Segelfübrungen ,,mit Genua" und ,,mit Fock" untersucht, sowie das Großsegel und die Vorsegel allein. Weiterhin wurden verschiedene Maßnahmen zur Verbesse-rung der herkömmlichen Takelage auf ihre Wirksamkeit geprüft (Reduzierung des Auswehens der Segel, Mastdrehen, Mastverkleiden und -drehen, loses Unterliek).

Das Auswehen des Großsegels, verbunden mit dem Stei-gen des Croßbaums, wurde bei den Versuchen

reproduzier-bar eingestellt, nachdem das ,,natürliche Auswehen" be einem Staudruck festgestellt worden war, bei dem für den Modelizustand das Verhältnis Baumgewicht zu Segeldruck dem Wert der Großausführung bei der Windstärke Bft. 4

entsprach.

Bei festgelegten Segeln wurde das Modell durch Drehen der Drehscheibe verschieden zur Strömung angestellt. Die Vorsegel wurden jeweils so geschotet, daß im Bereich an-liegender Strömung

_(s

80°) maximale Querkraft erreicht wurde. Diese Schotung wurde dann bei den übrigen Kursen beibehalten. Zu den gegebenen Segeistellungen wurden alle ,,realisierbaren" Kurswinkel eingestellt, bei denen die Segel noch nicht kiliten oder halsten.

4. Definition der Kraft- und Momentkomponenten (vergi. Abb. 4)

Darstellung der Meßwerte

Aus der Windkanalmessung erhält man die Kraftkompo-nenten und Momente in Abhängigkeit vom Anströmwinkel s und von der Segel- oder Großbaumstellung 0s

(Segelan-strömwjnkel s = Differenz von e und 0g):

den Widerstand D in Anströmriditung, die Querkraft C (Auftrieb") senkrecht zur Anströmrichtung und das

Gier-moment N um die Drehachse in LOA!2.

Aus D und C lassen sich die Längskraft X (maßgebend für den Vortrieb) und die Seitenkraft Y (maßgebend für Krängung und Abtrift) ermitteln, d. h. die Komponenten in Sthiffslängsrichtung und senkrecht dazu. Aus dem Gier-moment kann man die Druckpunktvorlage XF = N/Y

be-620

Schiff und Hafen, Heft 9/1968, 20. Jahrgang

Von links nach rechts: Abb. 2:

Modell Hoch am Wind" uor der Windkanaldüse Abb. 3:

Gro ßsegel und Spinnaker Abb. 4:

Definitionsskizze für die Kraft- und Moment komponenten

timmen, die bei der Konstruktion einer Jacht beachtet werden muß.

Die Versuchsergehnisse sind in Form dimensionsloser

Bei-werte der Kraftkomponenten und des Giermomerites

dar-gestellt:

Abb. 5: Slrömungszusiände ani Segel nd entsprechende Kurse zum scheinbaren Wind

Rechts:

Abb. 7:

Croßsegel und Foth

(Polaren für konstante Kurse) Unten links:

Abb. 6:

Cro ßsegel und Pock

(Polaren für konstante Segeistellung) As = 0.1605 in5

i = 2.77

Rechts:

Abb. 8:

Gro ßse gel und Genua

(Polaren für konstante Segelstellung) = 0.1986 m

i = 2.24

O o 9 -o 6, o ¿ 1o o.. 20 30 60 .02 04 06 OB IO ,,7140,,o 1,4 CD Querkraftbeiwert

_{c0 =}

Ciermornentenbejwert _CN -As = Segeltuchfläche,

q = -- V Staudruck der Anströmgeschwindigkeit, L = Bezugslänge (Versuche mit Rumpf: LOA, sonst L5). Die relative Druckpunktvorlage ergibt sich zu: xF/LcN/cy.

Auftragungsweisen für die dimensionslosen Beiwerte Die Versuthsergebnisse wurden in

Form von

Segel-f, 6 CC 1,4 1,2 Cc 1,8 1,6 1,4 2 1,0 0,8 0,6 04 o IO y"12 1,4 c _. 1,6 D

polaren" dargestellt (vergL z. B. Abb. 5 und 6). Dabei wer-den für bestimmte Anströmwinkel der Besegelung die Quer-kraftbeiwerte e0 über den zugehörigen Widerstandsbei-werten CD aufgetragen irnd die einzelnen Punkte zur Segel-polare verbunden. Die Darstellungsweise CC = f (ce) bietet die Möglichkeit der kombinierten Betrachtung von Wider-stand und Querkraft und ist deshalb für die Beurteilung von Besegelungen sehr nützlich: Es kommt beim Segeln darauf an, daß eine große Querkraft (,Auftrieb") mit mög-lichst geringem Widerstand erzielt wird. Der dazu not-wendige Anströmwinkel ist weniger von Bedeutung. Auf

graphischem Wege (siehe Abb. 5 und 7) lassen sich ferner aus der ,,Segelpolare" die Längskraftbeiwerte cx und die Seitenkraftbeiwerte Cy, sowie die Segeistellung für maxi-male Längskraft gewinnen. Es leuchtet ein, daß bei gleicher

0,2 04 06 09 1,0 1,2 4 D

WAt.1

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6 10 9 20 -o 3O ¿ 60 Vorseget 0 040 °:

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r - f5 ! 90 0 10 20 30 60 Auswehen 1O o o-9 25 12m 25 mm 70 mm 65mm 55 mes '10 130 \ I4O

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110 \no é

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° 30 02 04 0,6 08 I, S 16 1,4 CC 1,2 1,0 08 0,6 0,4 0,2 (entsprechend

q As

CD, Cx, Cy) N

q As L

o-9 -o 6 6,, Ausweherl 0' 45 GO' 30 0 30 45 - 0 02 0,4 L

f -

-

/i,o

1,2 1,4

Abb. 9: Croßsegel und Spinnaker (Polaren fur konstante Segelstellung) As = 0.2596 rn2

Längskraft X diejenige Besegelung den größten Vortrieb liefert, die die kleinste Seitenkraft Y und somit die geringste

Krängung und Abtrift hervorruft, da sowohl Krängung als auch Abtrift den Scliiffswiderstand erhöhen.

Zwei Polarendarstellungen sind möglich:

Die Darstellung cc (cD) für konstante Segeistellun-gen ô (z. B. Abb. 6): für eine bestimmte feste Großbaum-stellung werden die bei unterschiedlicher Anstellung e des gesamten Modells zur Strömung gewonnenen Polaren-punkte miteinander verbunden. Die Vorsegel werden dabei nachreguliert (Fernbedienung).

Die Darstellung cC

=

f (Cr)) für konstante

Windrich-tungen zum Schiff e: Die Polarenpunkte ergeben sich hier-bei für unterschiedliche Segeistellungen _s bzw. Segelan-strömwinkel _5s(vergl. Abb. 7).

Die zweite Darstellungsweise ermöglicht z. B. die

Er-mittlung der optimalen Segelstellung für bestimmte Kurse zum Wind. Anhand der Abb. 5 soll die Anwendung der

Segelpolaren erläutert werden:

Strömungszusthnde am Segel: Im Bereich anliegender Strömung wachsen mit zunehmendem Anstellwinkel der Segel Querkraft und Widerstand stetig an. Bei größeren Anstellwinkeln löst sich die Strömung an Teilen des Segels ab: im Bereich der Teilablösung wächst der Widerstand stärker als die Querkraft. Nach Erreichen des Querkraft-maximums reißt die Strömung bei einem bestimmten An-steliwinkel ab und erreicht erst im Bereich voll abgelöster Strömung wieder einen stabilen Zustand, der durch geringe Querkraft und hohen Widerstand gekennzeichnet ist.

Durch die von Croseck [1] vorgeschlagene

Kurseck-konstruktion kann man die zu den einzelnen Kursen ge-hörigen Längskraft- und Seitenkraftbeiwerte ermitteln: Man trägt von der Anströmrichtung

(=

linke Abszissenachse) aus die verschiedenen Kurslinien durch den Koordinatenursprung

ein. Die zu den Kurslinien senkrechte Tangente an die Polare ergibt die maximal mögliche Längskraft mit zuge-höriger Seitenkraft. In Abb. 7 ist diese Konstruktion für ver-schiedene charakteristische Kurse ausgeführt. Man erkennt ohne weiteres, auf welche Bereiche (Strömungszustände) der Polare es auf den verschiedenen Kursen besonders ankommt:

Hoch-am-Wind-Kurs": Der größtmögliche Vortrieb wird hier im Bereich anliegender Strömung erzielt. Erwünscht sind eine große Querkraft bei möglichst geringem Wider-stand, bzw. eine große Längskraft bei kleiner Seitenkraft.

Auf den Kursen Am Wind", ,,Halber Wind" und ,,Back-stags" hängt die größte Längskraft von der erreichbaren

Querkraft ab, weshalb man im Bereich des Querkraft-maximums den größten Vortrieb erzielt.

Im .,Backstags"-Berejch läßt sich die Segelstellung für maximale Querkraft meist nicht mehr realisieren, da ein weiteres Auffieren des Croßsegels durch die Wanten

be-622

Schiff und Hafen, Heft 9/1968, 20. Jahrgang

grenzt ist. Man muß dann wie auf Kursen Vor dem Wind" mit voll abgelöster Strömung segeln, auf denen ein mög-liebst großer Widerstand erwünscht ist.

5. Versuchsergebnisse mit dem vollständigen Jachtmodell Die Versuchsergebnisse wurden für die verschiedenen untersuchten Besegelungen in den Abb. 6 bis 9 in Polaren-form dargestellt.

N o r m a I b e s e g e I u n g ,Großsegel und Fock": Die Abb. G zeigt die Polaren für konstante Segelstellungen òs

wie sie unmittelbar aus den Versuchen gewonnen wurden. Im Bereich des Querkraftmaximums cc 1.70 streuen die Meßpunkte stärker, je nachdem, wie sorgfältig die Vorsegel-schot eingestellt wurde. Die starke Abhängigkeit der Polaren von hs hängt mit der Interferenz zwischen Großsegel und

Vorsegel und dem Auswehen der Segel zusammen: Ab

= 200 weht das Großsegel stärker aus, da dann der Groß-baum nicht mehr direkt über dem Holepunkt der Schot steht. Die Folgen sind ein starker Abfall der Querkraft und ein Anwachsen des Widerstandes.

Die in Abb. 7 gezeichnete Polarendarstellung für kon-stante Kurse e zeigt die Abhängigkeit der Segelpolaren vom Kurs zum Wind. Auf den verschiedenen Kursen treten unterschiedliche Interferenzen zwischen Groß- und Vor-segel und zwischen Segel und Rumpf auf. Das mit Be-segelungen dieser Art mögliche Optimum wird nur auf

Kursen Hoch am Wind" (30° e

450) ausgenutzt. Mit größerem Kurswinkel müssen die Segel zur Vermeidung des Ablösens weiter gefiert werden, wodurch wegen der un-günstigeren Stellung der Segel zueinander und durch das zunehmende Auswehen der Segel die Polaren immer un-günstiger werden.

Bei ,raumem bis achterlichem Wind" (e 90°) erreicht

man die größten Längskraftkomponenten bei voll abge-löster Strömung. Ein ausgeprägtes Querkraftmaximum exi-stiert nicht mehr, da die Segel stark auswehen und bei zu kleinen Ansteliwinkein der obere Bereich des Großsegels heftig killt.

In Abb. 7 sind die auf den verschiedenen Kursen e er-reichbaren Längskraftbeiwerte mit eingetragen worden.

B e s e g e lu n g ,,Großsegel und Genua": Die Polaren für konstante Segelstellungen i zeigt Abb. 8. Die Beiwerte unterscheiden sich nur wenig von denen für ,,Großsegel und Fock", sind aber wegen des größeren Flächenanteils der Genua an der Gesamtfläche stärker von der Genuastellung abhängig. Das kleinere Seitenverhältnis A = H2/A5 = 2.24

der Besegelung (..Großsegel und Fock" A = 2.77) bewirkt höhere induzierte Widerstände.

L.

Abb. 10: Vergleich der Länaskraftbeiwerte verschiedener Besegeîun gen ch A -30/e____ k A

r,

,f30 ISO c fÇ Oroilsegel ,. Fock C f,r,deoIe PoIare , f,r OrotiseqeI Sprwahe rogerech,ret ouI BeuqrfI

IIRPAI___

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Interessanterweise konnte für 5s 10° die Strömung nach dem Abreißen durch sorgfältiges Auffieren der Genua wie-der zum Anliegen gebracht werden, wodurch ein zweites Maximum entstand. Die Abbildung läßt ferner das starke An-wachsen des Widerstandes durch das Auswehen bei den

Segeistellungen 5s= 20° und 300 erkennen. Abb. 11: Polaren für Foth

(A, =0.0669 m2 J= 6.25) und Genua (As = 0.1050 m2 íI = 4.24) '8 6 CC '4 1,2 l'o 0,8 0,6 0,4 0,2

Druckpunktlagen: Die ausführliche Darstellung der Dru dc-punktiagen und der Momentenbeiwerte soli hier entfallen. Nachfolgend werden einige Angaben über Druthpunktlagen gemacht, die bei der Konstruktion von Jachten von

Inter-esse sind:

Der Widerstand des Rumpfes bei Anströmung von vorn beträgt mit Rigg etwa das 3.7-faelie des Wertes ohne Rigg!

6. Untersuchung der Besegelung ohne Rumpf

Da die Ergebnisse für ,,Großsegel und Fork" und Groß-segel und Genua" ohne Rumpf sich nur wenig von den in Abschnitt 5 erläuterten Ergebnissen des vollständigen Jacht-modells unterscheiden, soll hier nur auf die Ergebnisse der Untersuchung der Einzelsegel eingegangen werden.

Vorsegel: Abb. 11 zeigt die Polaren für Fock" und Ge-nua". Die Segel wurden genauso geschotet wie im Verband mit dem Grol3segel hoch am Wind. Aufgrund des größeren Seitenverhältnisses und der scharfen Eintrittskante der Vor-segel beträgt ihr Widerstandsbeiwert nur 33 bis 500/0 des Wertes der gesamten Besegelung.

Großsegel (Polare siehe Abb. 12): Durch den normalen Mast an der Eintrittskante wird der Widerstand des Segels wesentlich erhöht. Ablösung tritt schon sehr früh ein, so daß das Querkraftmaximum bei cc 1.20 liegt. Das Großsegel allein ist also wesentlich schlechter als die Besegelungen Sdsiff und Hafen, Heft 9/1968, 20. Jahrgang 623

o-. Geoua/ o Fock/dicht teholt .- Ger,00/ Fock/optimal geichotet

hi ,3O l

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6 ,usw 25 ,=, 26 rs 25 m,n 25 ',, 25 nn, 70 mm r'last Mast Mast Most Mast Mast 4 i o to' lO' e- 5. o uerkleidet, O', Loses 68' cerkieLdet, 5'

\

_I

55'gedreht

\

OC Unterliek ' optimaI gedreht O IO' s l0 p 20' = 0° 0.036 0.096 30° 10° 0.046 (0.039) 0.115 (0.125) 40° (4Ø0) 20° 0.031 (0.016) 0.155 (0.103) 60° (70°) anliegende Strömung,

vorderste Druckpunktlage bei e=SO/SS° ablösende Strömung

Großsegel und Fock XFILS O (im Mast) XF/LS

- 0.04

Großsegel und Genua xr/Ls

= -

0.02 (2 °/s hinter dem Mast) XF/LS

= -

0.07

Großsegel und Spinnaker ± 3 0/íi der Segellänge um die Lage des Mastes

0,4 lO 1,2

B e s e g e i u n g ,,Großsegel und Spinnaker" (Ergebnisse in Polarenform in Abb. 9). Die mit den gewählten Groß-baum und SpinnakerGroß-baumstellungen erreichbaren Längs-kraftkomponenten sind in das Diagramm mit eingetragen

worden.

Auf den Zwischenkursen sind durch andere Segelsteilun-gen vermutlich ähnliche Längskraftbeiwerte erreichbar wie für r

=

100° und 140°.

Vergleich der Besegelungen: Der hier angewandte Ver-gleich der Längskraftbeiwerte ist aussagekräftig genug, wenn sich die gleichzeitig auftretenden Seitenkraftbeiwerte nicht zu sehr unterscheiden. Die in Abb. 10 dargestellten Beiwerte sind aus Vergleichsgründen auf die Segeifläche ,,Großsegel und Genua" bezogen worden.

Es zeigt sich, daß - abgesehen vom Kurs ,,Sehr hoch am Wind" - die Besegelung ,,Großsegel und Genua" aufgrund der größeren Fläche die größte Längskraft erzielt. Etwa bei

r 70° wird die größte Liingskraft erreicht. Darüber fällt die Längskraft stark ab (Auswehen und schlechte Stellung der Segel zueinander). Erst auf raumen Kursen (a 900) er-reicht man mit Hilfe des Spinnakers (Flächenvergrößerung urn ca. 300/o) wieder einen größeren Vortrieb. Z w i s e h e n

den Kursen 70°und 90° scheint also die

normale Jachttakelage eine ausgeprägte

S e h w ä e h e z u b e s i t z e n : in diesem Bereich sind Cenua und Großsegel wenig wirksam, während der Spin-naker noch nicht gesetzt werden kann. Die eingetragenen cx-Werte für die ,,ideale Polare" gelten für eine Besegelung, hei der man eine optimale Stellung der Vorsegel zum

Croßsegei und minimales Auswehen der Segel auf allen Kursen zum Wind verwirkliden kann. Der Vergleich zeigt deutlich, auf welchen Kursen und in welchem Maße die

heutige Jachtbesegelung verbessert werden kann.

1,0 1.2 4

Ca (Abb. 12:) Polaren für das Gro ßsegel herkömnìlicher und

verbesserter Ausführung t'As 0.0936 ni° = 4.75)

Rumpf ohne Besegelung: Die Teiikräfte auf Rumpf und Rigg wurden getrennt ermittelt.

Im Bereich des Querkraftmaximums ergaben sich folgende Anteile des Rumpfes an den Gesamtkräften für ,,Großsegel und Fock" (,,Großsegei und Genua")

Großsegel und Vorsegel. Außerdem ist der Bereich des Quer-kraftmaximums bedeutend schmaler als bei unterteilten Se-gelfluichen. Beim Segeln in diesem Bereich kann ein gering-f iigiges Schwanken der Windrichtung oder des Kurses die Strömung zum Abreißen bringen, was eine starke Vortriebs-verminderung bewirkt. In die Abbildung it außerdem die Segelpolare für stärkeres Auswehen des Segels (70 mm ent-sprechend 9.9 0/0 des größten Abstandes des Segeltudis von der Verbindungslinie Segelkopf - Segelschothorn) mit ein-getragen worden, wie es bei Großraumbestellungen d 20° auftritt: der Widerstandsbeiwert erhöht sich urn ca. 50°/o.

Die Untersuchungen zeigten, daß schon durch ein relativ kleines Vorsegel wie die Fock der schädliche Masteinfluß vermindert werden kann, so daß beide Segel zuammen recht günstige Beiwerte erzielen.

7. Auswirkungen von Änderungen der herkömmlichen Takelage

Besonders bei schnellen Segelbooten wie Katamaranen ist man heute bestrebt, die gesamte Segeliläche in einem Segel, dem Croßsegel, zu konzentrieren. Man versucht deshalb, die Wirksamkeit des Croßsegels zu erhöhen, besonders durch Maßnahmen, die die Umströmung der Segelvorderkante ver-bessern.

In Abb. 12 sind Beispiele für mögliche Verbesserungen mit den entsprechenden Polaren eingetragen worden:

Durch eine Drehung des Mastes um 58° zur Mittsdiiffs-linie wurde erreicht, daß die Leeseite des Segels fast ohne Knick in die Kontur des Mastes überging. Bei Verringerung des Widerstandsheiwertes wurde dadurch der

Querkraftbei-wert ce auf 1.50 erhöht, was für den Am-Wind-Kurs"

s = 30° eine Längskraftsteigerung um 50 °/o bringt.

Eine stromlinienförmige Mastverldeiclung brachte eine wei-tere Verbesserung der Polaren durch Verminderung des Wi-derstandes und eine erhöhte Querkraft, insbesondere, wenn der Mast so gedreht wird, daß die Ablösung hinausgezögert wird cc ua' = 1.72, Längskraftsteigerung für

=

80°

ca. 760/o).

Das auf diese Weise verbesserte Großsegel übertrifft die Besegelungen ..Croßsegel mit Vorsegein". Das Querkraft-maximum erreicht bei kleinerem Widerstand den gleichen Wert. Das ist u. a. auf die Vergrößerung der effektiven Wölbung durch das Drehen des Mastes und das größere Sei-tenverhäl tnis des Segels zurückzuführen.

Im Verband mit den Vorsegein wirken sich die genannten Verbesserungen des Croßsegels nur wenig aus, wie entspre-chende Untersuchungen zeigten. Das Mastdrehen brachte eine fi-prozentige Querkraftsteigerung, während die Profil-verkleidung keine nennenswerte Verbesserung bewirkte. Man kann daraus schließen, daß bereits durch die Vorsegel der schädliche Einfluß des Mastes weitgehend aufgehoben

wird.

AUSWIRKUNG DER FILMSTÄRKE AUF DIE KORROSION

lOO z 80 o 60 o a 20-o 40 ZINKCHROYATGRUNDIER(JNG HO-960) -ASTM-NORM B-117 5% SALZNEBEL 300 Std.I -RUST-OLEUM CORP (9/671 IROCKENFILYST ARRE

Versuche mit Rostschutzmjtteln

62'

Sdoiff und Hafen, Heft 9/1968, 20. Jahrgang

Der Großbaum wirkt sich bei den meisten Jachtsegeln derart auf die Form des Großsegels aus, daß die gewünschte Wölbung bis zu 25 °Io der Segelhöhe nicht erreicht wird. Durch ein loses Unterliek läßt sich dieser Mangel beheben. Der Querkraftbeiwert wird auf cc = 1.87 erhöht, die Längs-kraft für e = 30° vergrößert sich um 2.60/°

Folgerungen

Im einzelnen können aus den Versudisergebnissen

fol-gende Schlüsse gezogen werden:

Auf Kursen Hoch am Wind" besitzt die Jachttake-lage bereits sehr gute Vortriebseigenschaften. Bei

Verwendung von Tuchsegeln lassen sich hier kaum Verbesserungen erzielen.

Die Genua dient hauptsächlich zur Vergrößerung der Segeifläche bei leichteren Winden; bezogen auf die Flädte bietet sie gegenüber der Fock keinen Vorteil. Auf raumeren Kursen (,Am Wind" und .,Raumer

Wind") verschlechtern sido die Vortriebseigenschaften der Besegelung zunehmend, da die Segel durch das Fieren auswehen und ungünstiger zueinander stehen. Auf diesen Kursen sind Verbesserungen der herkömnì-lichen Besegelung durch Maßnahmen möglich, die das Auswehen reduzieren (Niederhaler, Schotwagen) und es gestatten, auch bei größeren Baumwinkeln eine günstige Stellung der Vorsegel zum Großsegel bei-zubehalten (z. B. Verschieben des Fockhalses nach

Luv).

Das Großsegel als Einzelsegel kann durch Drehen des Mastes und durch eine Profilverkleidung derart ver-bessert werden, daß es ähnlich gute Vortriebsbeiwerte erzielt wie die Besegelung .,Großsegel und Vorsegel". Ein loses Unterliek erhöht die Wirksamkeit des Groß-segels durch Verbesserung der Segelwölhung im un-teren Bereich.

8. Schrifttum

Croseck, H.: Beitrüge zur Theorie des Segelns. Berlin 1925, Verlag von Julius Springer

Rösingh, WI-ICE.: Berechnung der Schiffsgeschwindigkeit von Se-gelschiffen. Werlt-Reederei-Hafen. 23. Jahrgang (1942), S. 269. 13] Curry, M.: Regatta-Segeln. Schweizer Druck- und Verlagshaus,

Zürich 1949.

[41 Davidson, ¡<SM.: Some Experimental Studies of lhe Sailing Yacht. SNAME 1936, S. 288.

(5] Sainsbury, J. C.: Sailing Yacht Performance. Ship and Boat

Builder, 1963.

[6( Marcha), C, A.: Sailing Theory and Practice. Verlag Dodd, Mead and Company, New York 1964.

Wagner, B.: Windkanalversuche mit einem Takelagemodel( einer Viermaslback, IfSBericht Nr. 172, Okt. 1966; Schiff und Hafen 19

(1967), s. 13-20.

Wagner, B. und P. Boese: Windkanaluntersuthungen einer Segel-jacht mit verschiedenen Segelführungero. IfS-Bericht Nr. 207, April

1968.

Eine Untersuchung der Laboratorien der Firma Rust-Oleum (Evanston, Illinois/USA und Haarlem/Holland), Er-zeuger von industriellen Schutzanstrichsystemen, hat gezeigt,

daß für einen wirksamen und wirtschaftlichen Rostschutz Anstrichmittel eine bestimmte Stärke haben müssen.

InS0/o Saiznebel wurden auf die Dauer von 300 Stunden gespritzte, mit Zinkchromatgrundierung (Ro-960) in unter-schiedlichen Trockenfilmstärken versehene Probflächen ge-taucht. Wie die Abbildung zeigt, ist bei einer Trockcnfilm-stärke von mindestens 43 (0,04 mm) ein wirtschaftlich gu-tes Ergebnis erzielt, das sich bei 75fr noch wesentlich ver-bessert. Bei einer Stärke von nur 87fr ist ein sehr

erhebli-ches Ansteigen der Korrosionsanfälligkeit zu verzeichnen, während bei noch stärkerem Film mit mehr als 75u keine wesentliche Verbesserung mehr erzielt wird.

Da die Metalloberflächen nicht völlig eben sind, bietet eine ungenügende Filmstärke keinen ausreichenden Schutz, weil dann Puoikte und Flächen nicht richtig abgedeckt

wer-den.

Die Firma empfiehlt auf Grund solcher Untersuchungen für jedes ihrer Produkte die Filmstärke, die einen maximalen Schutz bei geringstmöglichen Kosten bietet.

50

0,05

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