Segelphysik & Segeltechnik

Katamarane gehören zu den schnellsten windangetriebenen Fahrzeugen. Hohe Geschwindigkeiten erreichen sie nur, weil sie gleiten können. Oder?

Gleiten - was ist das?

Eines schon einmal vorweg: Katamarane gleiten nicht. Jedenfalls die meisten nicht. Nur einige Prototypen wie der französiche Trimaran "L'Hydroptère". Aber was ist überhaupt Gleiten?

Zwei Auftriebsarten

Zwischen Gleiten und Verdrängen gibt es keine starre Grenzen. Yachtkonstrukteure sprechen vom gleiten Rumpf, wenn mehr als 50% seines Auftriebs hydrodynamisch und nicht mehr hydrostatisch erzeugt wird. Zum Vergleich: Steht eine Yacht, verdräntg sie so viel, wie sie wiegt. Das Gewicht der Yacht und der Gegendruck des zurückwollenden Wassers halten sich die Waage: Die Yacht schwimmt. Drücken Sie mal einen Ball unter Wasser. Das ist hydrostatischer Auftrieb. Hydrodynamischer Auftrieb heißt: Durch die Form des Rumpfes wird anströmendes Wasser (wenn die Yacht sich bewegt) nach unten gedrückt. Nach dem Newton'schen Prinzip von actio und reactio wirkt eine Kraft am Rumpf, die ihn teilweise aus dem Wasser hebt.

Die Yacht kommt ins Gleiten

Hat der hydrodynamische Auftrieb die magische Grenze von 50% erreicht, passiert folgendes: Die Heckwelle hat sich vom Spiegel gelöst und treibt achteraus hinterher. Die Yacht drückt sich mehr und mehr gegen die Bugwelle. Doch durch die Rumpfform wird die Bugwelle nacht unten weggedrückt. Gleichzeitig wird das Boot nach obengedrückt. So schiebt sich das Fahrzeug mit zunehmender Geschwindigkeit über die eigene Bugwelle. Natürlich wirkt hier auch in geringen Umfang der hydrostatische Auftrieb in der Bugwelle. Der Widerstand im Wasser singt, weil die benetzte Oberfläche geringer ist und die Stirnfläche des Rumpfes im Wasser kleiner wird. Die Bootsgeschwindigkeit steigt sprunghaft an.

Ins Gleiten kommen Yachten, wenn sie extrem leicht gebaut sind, ein flaches Unterwasserschiff und eine große Segelfläche haben. Viele Regattayachten gleiten: Volvooceanracer, Open 60s, Skiffs und andere. Nur ein bestimmtes, schnelles Wasserfahrzeug gleitet bis heute nicht ...

Nur einer gleitet bis heute nicht

Sind Sie überrascht, dass Katamarane nicht gleiten können? Immerhin sind sie meist wesentlich schneller als Monohulls (Einrumpfer). Wie erreichen dann diese Geschosse ihre beachtlichen Geschwindigkeiten? Sportkats haben im Vergleich zum Gewicht eine riesige Segelfläche. Das starke Drehmoment aus der Windkraft und dem Mast als Hebelarm wird nicht durch einer Bleibombe an einem relativ kurzen Kiel ausgeglichen. Das übernehmen die Schwimmer. Leeschwimmer werden einfach ins Wasser gedrückt. Der entstehende hydrostatische Auftrieb hält den Kat aufrecht.

Warum?

Warum können Katamarane nicht gleiten? Sie sind außerdem so schnell, weil sie eine sehr schmale Rumpfform haben. Und genau diese Umstand verhindert ein Gleiten. Sie haben nicht die nötige Fläche, um auf ihre Bugwelle aufzuschwimmen. Stattdessen schneiden Katamarane durch das Wasser. Zugegeben: auch sie entwickeln bei hohen Geschwindikeiten einen gewissen hydrodynamischen Auftrieb. Der ist so gering, dass er niemals 50% am Gesamtauftrieb erreichen könnte.

Außnahmen: L'Hydroptère & Co.

Katamarane wie die französische Hydrotère von Alain Thébault macht hier eine Ausnahme und bestätigt damit die Regel, dass Kats nicht gleiten. Die L'Hydroptère fliegt förmlich über das Wasser. Und da wären wir auch schon beim Clou: Was Flugzeuge in der Luft hält, hat die L'Hydroptère am Rumpf. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit drücken starke Hydraulikzylinder zwei sogenannte Foils ins Wasser. Sie erzeugen einen hydrodynamischen Auftrieb, wie es ein herkömmlicher Rumpf nie könnte.

Im April 2007 brach das Team um Thébault zwei Weltrekorde: Sie erreichten eine Durchschnittsgeschwindikeit von 44,81 Knoten über eine Distanz von 500 Metern. Ebenso einen 1-Seemeilendurchschnitt von 41,69 Knoten. Allerdings hat das Team schön öfter Bruch erlebt. Die Konstruktion ist notwendigerweise sehr filigran und damit sehr anfällig für extreme Kräfte. Erst Dezember 2008 überschlug sich L'Hydroptère in Port-Saint-Louis-du-Rhône bei Marseille bei schwierigen Bedingungen, während die Logge unglaubliche 61 Knoten anzeigte!

Die Idee ist nicht einzigartig. Tragflächenfähren gibt es schon lange und das einrumpfige Skiff "Moth" hat ebenfalls einen schmalen Foil an einem langen Schwert. Bei geringen Geschwindigkeiten steigt das Boot mehrere Dezimeter aus dem Wasser.

Beim nächsten Stammtisch nach der Clubregatta können Sie jetzt Ihren Kollegen erklären, warum Kats nicht gleiten. Fühlen Sie doch mal deren maritim-physikalischen Kenntnissen auf den Zahn!