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Schneller als der Wind

Projekt zur Optimierung von Riggs großer Segelyachten

Wenn man mit seinem Segelboot genau in Windrichtung fährt, also "vor dem Wind", kann man eigentlich nicht schneller als der Wind sein – denkt man. Doch der erfahrene Segler segelt dann im Zick-Zack-Kurs. Der Weg ist zwar weiter, doch das Boot ist schneller als der Wind. Denn es nutzt mehrere Kräfte wie Druck und Luftströmungen, die es schneller ins Ziel bringen, insbesondere wenn es noch dazu einen optimalen Rumpf und ein optimales Segel besitzt. Das Institut für Land- und Seeverkehr der Technischen Universität hat sich mit der Optimierung moderner Yachtriggs befasst. 

Mit der "Dyna", einer zehn Meter langen Forschungsmessyacht, die im "Trockendock" auf dem TIB-Gelände der TU Berlin steht, besitzt die TU Berlin eines von lediglich zwei weltweit vorhandenen "Segeldynamometern". Das andere steht in Japan. Ein entscheidender Vorteil, denn: "Im Allgemeinen sind die tatsächlichen Segelgeometrien, die während des Segelns auftreten, unbekannt", erklärt Gonzalo Tampier, einer der Wissenschaftler. Dadurch würden aufgrund der falschen Strömungsverhältnisse Fehler in der Segeloptimierung gemacht.

Beim Entwurf moderner Segelyachten ist die Segelleistung eines der wichtigsten Entwurfskriterien. Neben der hydrodynamischen Optimierung des Rumpfes sowie des Kiels und Ruders ist die aerodynamische Gestaltung des Riggs von zentraler Bedeutung. 

Die TU-Forscher konnten neben Windkanalversuchen und numerischen Strömungsberechnungen jedoch auch mit der "Dyna" Messungen im Segelbetrieb vornehmen, so genannte Großausführungsmessungen. Sie installierten auf der "Dyna" ein optisches Vermessungssystem, um die Segelgeometrien während des Segelns zu prüfen. Sechs simultan ausgelöste Digitalkameras erfassen die Form des Segels genau in dem Moment, in dem auch die Größen von Kraft und Segelzustand gemessen werden. Ein Softwaremodul berechnet dann die Segelgeometrien. Daraus leiten die Wissenschaftler Zusammenhänge zwischen Segelform und aerodynamischen Kräften ab. Die gemessenen Segelformen werden in 3 D am Bildschirm dargestellt und stehen damit für weitere Analysen zur Verfügung. 

In die Simulationen fließen aber auch die Daten aus den Großversuchen ein. "Unsere Crew mit segelbegeisterten Studenten des Bereichs Schiffs- und Meerestechnik ist dafür sowohl auf dem Wannsee als auch auf der Ostsee gesegelt, um verschiedene Kräfte messen zu können“, erklärt Gonzalo Tampier, einer der Wissenschaftler. Die Windkanalversuche wurden sogar in Zusammenarbeit mit dem Twisted Flow Wind Tunnel der Yacht Research Unit in Auckland/Neuseeland durchgeführt. Leiter des inzwischen abgeschlossenen Projekts waren Prof. Dr.-Ing. Günther Clauss und Dipl.-Ing. Wolfgang Heisen. Für den Sommer 2006 ist bereits ein Nachfolgeprojekt geplant.