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Zeichne mir
ein Schiff
La Rochelle, Heimathafen
der Charente-Maritime 2, eines hochentwickelten Katamarans aus den 90er-
Jahren.
In dieser Stadt, deren Vergangenheit
eng mit dem Schiffsbau verbunden ist, entstehen gegenwärtig Pläne
für eine neue Katamaran-Generation. Diese Boote sollen an "The
Race"
teilnehmen, einem Rennen rund um den Erdball, das am 31. Dezember 2000
gestartet werden soll.
Für die Entwicklung dieser Giganten der Meere ist das Wissen ganz
unterschiedlicher technologischer Bereiche erforderlich, denn eines steht
fest: Das eigentliche Rennen
beginnt in den Forschungslabors!
Jean-Yves Bernot
Das Bootsrennen geht um die ganze Welt. Das heißt, man startet im
Mittelmeer, fährt den Südatlantik hinunter, passiert das Kap
der Guten Hoffnung, steuert Neuseeland an, fährt bis zum Kap Horn
und nimmt schließlich wieder Kurs auf Europa, in Richtung Gibraltar.
Dabei hat man gegen alle nur denkbaren Windbedingungen zu kämpfen.
Man durchquert die unterschiedlichsten klimatischen Zonen der Erde, trifft
auf Passatwinde und gerät sowohl in unruhige Gewässer als auch
in eher ruhige Gefilde. Wir müssen also den bestmöglichen Kompromiss
finden, um alle diese Möglichkeiten abzudecken.
Alle realen Situationen - in erster Lnie in bezug auf die Windverhältnisse
- wurden im Computer erfasst. Man erhält dann verschiedene Graphiken,
wie z.B. diese Darstellung der Windverteilung im Südatlantik. Man
kann an der Stelle zwischen 9 und 11 Knoten Windstärke eine deutliche
Spitze erkennen, das heißt, der Wind in diesem Sektor ist nicht
besonders stark. Es ist äußerst wichtig, das Boot optimal auf
diesen Spitzenwert anzupassen. Schaut man sich hingegen die Zonen starken
Windes jenseits des Äquators an muss man den sehr starken Winden
Rechnung tragen und hinsichtlich der Segel ganz besondere Vorkehrungen
treffen.
Die Aufgabe ist es also, einen guten Kompromiss zu finden, damit die Antlantikstrecke
gewonnen wird und man angesichts der Verhältnisse jenseits des Äquators
nicht allzuviel Zeit verliert. Außerdem muss das Boot natürlich
sicher sein, denn wie immer bei solchen Rennen kommt es nicht zuletzt
auch darauf an, das Ziel unbeschadet zu erreichen.
Gilles Ollier
Wir haben versucht, für dieses Projekt eine sogenannte
"multidisziplinäre" Mannschaft zusammenzustellen, mit Leuten,
die in ihrem jeweiligen Fachbereich äußerst kompetent sind.
Ich bin verantwortlich für das Gesamtprojekt, aber man kann schließlich
nicht auf jedem Gebiet Experte sein. Daher sind an der Konzeption des
Katamarans "Progress" sowohl Spezialisten der Aero- und Hydrodynamik
beteiligt als auch Meteorologen und Schiffsbauer.
Philippe Pallu de la Barrière
Wichtig ist vor allem, dass das Boot nie außer Kontrolle geraten
kann. Es muss immer gut im Wasser liegen, seine Trimmlage muss stimmen.
Aber das wird ein hartes Stück Arbeit!
Zunächst einmal
muss man wissen, dass bei einem Segelboot zwei ganz unterschiedliche Medien
von Bedeutung sind, das ist zum einen die Luft - also der Wind - und auf
der anderen Seite das Wasser, in dem sich der Bootsrumpf bewegt.
Nehmen wir einmal an, der Wind trifft von vorne auf die Segel, die in
ihrer Funktionsweise den Tragflügeln von Flugzeugen ähnlich
sind. Dadurch entsteht eine aerodynamische Kraft, die ungefähr im
rechten Winkel zur einfallenden Windrichtung wirkt. Nun, dieses Phänomen
ist nicht so einfach zu verstehen, gilt aber immer und für jeden
Punkt der Linie. Sie ist nicht unmittelbar dazu geeignet, das Boot anzutreiben,
weil sie eben nicht nach vorne gerichtet ist.
In Wirklichkeit setzt sie sich jedoch aus zwei Teilen zusammen, wobei
eine Komponente in Fahrtrichtung zeigt und die andere eher geeignet ist,
das Boot zur Seite abzudrängen. Schaut man sich das Ganze von hinten
an, erkennt man, dass die Kraft, die das Boot zur Seite drückt auf
einer bestimmten Höhe ansetzt. Eines der Hauptprobleme bei einer
solchen Konstruktion ist also, das Kentern des Bootes zu verhindern. Diese
Gefahr ist um so größer, je höher diese Kraft ansetzt.
Warum also kentert ein solcher Katamaran nicht? Weil er ein gewisses Gewicht
besitzt, und dieses Gewicht - ich unterstelle einmal, dass sich der Schwerpunkt
in der Mitte des Bootes befindet - verhält sich entsprechend dem
Archimedischen Prinzip, denn die Schwimmer befinden sich im Wasser. Dadurch
entsteht ein Kräftepaar, das sich der anderen Kraft, die das Boot
zum kentern bringen könnte, entgegenstellt. Die Größe
dieser gegensteuernden Kraft ist abhängig vom Abstand zwischen dem
Rumpf und dem Schwerpunkt des Bootes. Je größer das Boot, desto
stärker das Kräftepaar, das dem Kentern entgegenwirkt und somit
für sein aerodynamisches Gleichgewicht sorgt. Davon hängt auch
ab, wie groß die Oberfläche der Segel sein kann usw.
Die beiden Medien, in denen
sich das Boot bewegt, sind sehr unterschiedlich. Luft wiegt ungefähr
ein Kilogramm pro Kubikmeter, Wasser hingegen 1000 Kilogramm pro Kubikmeter.
Damit erklärt sich auch, dass man großflächige Segel
benötigt, um entsprechend starke aerodynamische Kräfte entstehen
zu lassen, während schon ein kleiner
Schwimmer zur Herstellung des Gleichgewichts ausreicht.
Gilles Ollier
Der Grundriss des Segels ist mit Sicherheit das strategischste Element
der Planung. Als erstes versuchen wir festzustellen, wie stark das Material
beansprucht wird. Mit Hilfe von Skizzen aus der frühen Planung, in
der die geometrischen Abmessungen der Segel und die daraus resultierenden
Materialbeanspruchungen festgehalten sind, ist man in der Lage, sich ein
Bild über die Kräfteverteilung zu machen. Mit einer speziellen
Software können wir dann die Leistungsfähigkeit des Bootes in
Abhängigkeit der verschiedenen Konfigurationen ermitteln.
Julien Valette
Mit einer solchen Computersimulation können wir die aerodynamische
Leistungsfähigkeit der verschiedenen Segel vorhersagen. Wenn wir
wissen, welche Kräfte auf das Segel wirken und wo sie ansetzen, können
wir das für die jeweilige Anforderung am besten geeignete Tuch auswählen.
Es sollte so leicht wie
möglich, aber gleichzeitig äußerst widerstandsfähig
sein. Und das Wissen darum, aus welcher Richtung die Kräfte einwirken,
erleichtert uns die Entscheidung, wie das Segeltuch gespannt werden muß,
denn diese Gewebe sind nicht in jeder Ausrichtung
gleichermaßen belastbar.
J. Verdrenne
Ein Boot bei vollkommen glatter See erzeugt eine Bugwelle, und die dafür
aufgewendete Energie schafft einen Widerstand, der das Boot an seiner
Fahrt hindert. Entlang des Bugs steigt das Wasser am Rumpf einem Überdruck
entsprechend ein wenig nach oben, in der Mitte entsteht ein Unterdruck
und damit ein Wellental, und nach hinten schließlich steigt das
Wasser wieder an. Je stärker die Verformung der Welle, desto mehr
Energie wird für ihre Erzeugung benötigt und desto stärker
wird das
Boot in seiner Fahrt behindert. Auf dem Computer können wir das gesamte
Wellenfeld unter dem Bootskiel und hinter dem Boot sehen (...) Mit Hilfe
eines solchen Programms kann man sehr viel Zeit sparen, denn jedes Experiment
am Modell dauert lange und ist sehr kostspielig. Diese Arbeitsweise eröffnet
den Schiffsbauingenieuren eine zusätzliche Dimension hinsichtlich
der Bootsarchitektur, denn nun haben sie eine viel genauere Vorstellung
davon, welche Punkte verbessert werden müssen, um die Boote schneller
zu machen.
Während der Modellexperimente
im Versuchsbecken überwachen Hunderte von Mess-Sonden das Verhalten
des Bootes. Diese Tests dauern einige Tage und werden anhand nur eines
Schwimmkörpers durchgeführt, weil man bei
einem Katamaran davon ausgehen kann, dass sich beide Rümpfe durch
ihre Entfernung voneinander gegenseitig nicht beeinflussen. Tausende
von Messdaten werden zusammengetragen und analysiert, um den Rumpf mit
dem besten Profil zu ermitteln, das heißt, den Schwimmer, der bei
jeder Geschwindigkeit optimale Ergebnisse hinsichtlich Trimmlage und Wasserdurchdringung
erzielt. Außerdem sollte er bei seiner Fahrt das Wasser möglichst
wenig aufwühlen.
G. Delhomeau
Den größten Einfluß auf die Versuchsergebnisse im Wasserbecken
hat in erster Linie die Form des Rumpfes. Wichtig ist außerdem die
Drift, das ist der Winkel zwischen der Längsachse des Bootes und
seiner Vorwärtsrichtung. Ein
weiterer Parameter ist die Wasserverdrängung des Schwimmers, der
dem Gewicht des Rumpfes entspricht. Das ist ein ganz wichtiger Aspekt,
denn bei einem Katamaran liegt immer einer der beiden Rumpfteile tiefer
im Wasser als der andere. Daher müssen wir alle Eindringtiefen, die
möglich sind, erfassen.
J. Vedrenne
Wenn das Boot fährt, hat es eine gewisse Trimmlage - also eine Neigung
zur Längsrichtung - die sich ständig verändert. Um im Becken
realistische Neigungswinkel nachbilden zu können, legen wir Gewichte
ins Rumpfinnere, die wir dann in Bewegung versetzen. Damit können
wir im Versuchsbecken die realen Positionen exakt simulieren.
G. Delhomeau
Wir machen Versuche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die zwischen
15 und 20 Knoten liegen. Zwanzig Knoten, das sind ungefähr 30 km/h,
25 Knoten etwa 50 km/h7. Das ist schon ein recht hohes Tempo.
Gilles
Ollier
Nach den ersten Versuchstagen, in denen wir den Schwimmer im Becken getestet
haben, können wir schon auf einige Ergebnisse zurückgreifen.
Wir haben mit unserem Modell wohl die richtige Wahl getroffen. Das Boot
zieht nicht viel Wasser mit sich, und die Bugwelle ist sehr schwach
ausgeprägt. Auch der Trimm scheint sehr stabil zu sein, denn selbst
bei einer Buglage hat sich das Modell gut verhalten. Es ist noch ein wenig
zu früh, um Vergleichsangaben hinsichtlich der rechnerisch ermittelten
Werten zu machen. Ich habe den Eindruck, dass es einige kleine Abweichungen
gibt, aber sie sind wohl minimal und bewegen sich im
prozentualen Bereich. Ich denke, es läuft alles sehr gut.
Der Entwurf eines Katamarans ist - wie übrigens bei jedem Segelboot
- immer ein Kompromiss zwischen den beiden Medien Luft und Wasser. Im
Augenblick hat man noch die erste Etappe vor sich - die der Konstruktion.
Der wirklich entscheidende Endlauf aber wird erst im Jahr 2001 stattfinden.
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