Die Aerodynamik der Segel: Theorie und Praxis
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Bielefeld
Delius Klasing
1997
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| adam_text | Titel: Die Aerodynamik der Segel
Autor: Marchaj, Czesław A
Jahr: 1997
Inhalt
Vorwort ....................................................................................................................................................................................9
Danksagung ..........................................................................................................................................................................11
Zusammenstellung der wichtigsten Bezeichnungen ..............................................................................12
Teil 1
Über die Entwicklung der Yachten, Rennwertformeln und Eahrtleistung ............................13
1 Geschwindigkeit und Größe ......................................................................................................................................15
2 Die Fahrtenyacht ............................................................................................................................................................19
3 Reaktion gegen seeuntüchtige schnelle Boote ..................................................................................................26
4 Die Rennyacht ..................................................................................................................................................................29
5 Seefreundlichkeit und Seetüchtigkeit ....................................................................................................................33
6 Faktoren der Fahrtleistung ..........................................................................................................................................36
7 Wie schnell ist schnell? ................................................................................................................................................41
8 Der Faktor Wetter ............................................................................................................................................................46
9 Hochgeschwindigkeitssegeln ....................................................................................................................................51
Literaturverzeichnis und Anmerkungen zu Teil 1 ....................................................................................................54
Teil 2
Die Aerodynamik der Segel ........................................................................................................................................55
1 Einleitung ..........................................................................................................................................................................57
2 Die Entstehung der aerodynamischen Kraft ........................................................................................................58
Erste Versuche, die aerodynamische Kraft zu bestimmen ............................................................................58
Druckunterschiede - der richtige Weg, um die Kräfte an einem Segel zu erklären ............................62
Die Sichtbarmachung der Strömung und andere Mittel zum Beweis der Theorie
der Tragflügelwirkung ..................................................................................................................................................66
3 Die Druckverteilung an einem Segel ......................................................................................................................70
Der ungleiche Beitrag von Luv- und Leeseite zur Vortriebskraft ................................................................71
Der Anteil von Groß- und Vorsegel am Vortrieb ..............................................................................................73
Die Spalteffekt-Kontroverse ........................................................................................................................................76
Der Einfluss des Mastes auf die Druckverteilung ..............................................................................................79
Die Strömung um ein Segelprofil ............................................................................................................................83
4 Die Wirkung der Luftkräfte ........................................................................................................................................89
5 Die Messung der Luftkräfte ........................................................................................................................................92
Einleitende Interpretation der Ergebnisse von Windkanaluntersuchungen ........................................99
6 Der aerodynamische Widerstand der Segel ..........................................................................................................102
Induzierter Widerstand ................................................................................................................................................103
Reibungswiderstand ......................................................................................................................................................112
Formwiderstand ..............................................................................................................................................................118
Zusätzlicher aerodynamischer Widerstand ..........................................................................................................126
5
Inhalt
7 Die Struktur des scheinbaren Windes ....................................................................................................................128
8 Die Abhängigkeit des optimalen Segelanstellwinkels von Kurs und Windstärke ................................134
Raumer Kurs ......................................................................................................................................................................134
Amwindkurs ......................................................................................................................................................................137
Die Kursgleichung von Lanchester ..........................................................................................................................142
Der relative Einfluss von Segel und Rumpf auf die Fahrtleistung ..............................................................144
Der Einfluss der Windstärke auf die Segelleistung am Wind ........................................................................146
9 Die Bedeutung der Segelwölbung ............................................................................................................................153
Die Wahl der besten Wölbung ..................................................................................................................................153
Einfluss der Lage der maximalen Wölbung ........................................................................................................159
10 Die Bedeutung der Segelumrissform ......................................................................................................................162
Versuche an Einzelsegeln ............................................................................................................................................163
Versuche mit dem Slup-Rigg ......................................................................................................................................166
11 Die aerodynamischen Eigenschaften verschiedener Besegelungen ..........................................................168
Kriterien zur Beurteilung der Segelwirksamkeit ................................................................................................170
Am Wind ........................................................................................................................................................................170
Raumer Wind ..............................................................................................................................................................174
Vor dem Wind ..............................................................................................................................................................174
Zusammenfassung der Kriterien zur Beurteilung der Segelwirksamkeit ............................................174
Die Vortriebskraft verschiedener Riggformen ....................................................................................................174
Wie funktioniert das Krabbenscherensegel? ........................................................................................................177
Einflussfaktoren der Wirksamkeit des Krabbenscherensegels ......................................................................183
Kantenform ..................................................................................................................................................................183
Wölbung ........................................................................................................................................................................185
Anschlagen ....................................................................................................................................................................186
Segelumriss und Segelneigung ..............................................................................................................................187
Vergleich zwischen Krabbenscheren- und Lateinersegel ................................................................................192
12 Windgradient und Segel-Rumpf-Interferenz ......................................................................................................194
Die Segelleistung auf verschiedenen Kursen ......................................................................................................195
Das effektive Seitenverhältnis ....................................................................................................................................198
Der Einfluss des Rumpfes auf die Segelkräfte ......................................................................................................200
Der Einfluss des Seitenverhältnisses bei Rechtecksegeln ................................................................................203
Der Einfluss der Tuchporosität ..................................................................................................................................205
13 Elügelsegel und andere unkonventionelle Riggs ..............................................................................................207
Windkanalversuche mit einteiligen Flügelsegeln ............................................................................................207
Doppelseitige oder einseitige Bespannung? ........................................................................................................208
Mehrteilige Flügelsegel ................................................................................................................................................211
Der Trimm mehrteiliger Flügelsegel ........................................................................................................................218
Tragflügel mit gekrümmten Vorder- und Hinterkanten ................................................................................225
Drehriggs ............................................................................................................................................................................228
14 Das Zusammenwirken der Segel ..............................................................................................................................233
Der Einfluss des Vorsegels auf das Großsegel ......................................................................................................234
Die Schotstellung von Groß- und Vorsegel ..........................................................................................................238
15 Einige Anmerkungen über den Segeltrimm ........................................................................................................242
Windkanal-Versuchsergebnisse ................................................................................................................................245
Vorsegeltrimm ..................................................................................................................................................................249
Was Trimmfäden anzeigen ....................................................................................................................................249
6
Inhalt
Vorsegeltrimm durch Schnittänderung ............................................................................................................252
Holepunktposition ....................................................................................................................................................255
Überlappung ....................................................................................................................................................................261
Selbstwendende Vorsegel ........................................................................................................................................265
Horizontale Wölbungsverteilung ............................................................................................................................268
Seitenverhältnis ..........................................................................................................................................................269
Spinnaker ......................................................................................................................................................................271
16 Der Segeldruckpunkt ....................................................................................................................................................284
Der Druckpunkt und seine Beziehung zur Kursstabilität einer Yacht ......................................................284
Die Auswanderung des wahren Druckpunktes ..................................................................................................287
Der Druckpunkt für eine Kombination von Großsegel, Besan und Vorsegel ........................................289
17 Einige Bemerkungen über den Schnitt, das richtige Setzen und die Fehler von Segeln ..................292
Segeltucheigenschaften ................................................................................................................................................292
Grundlagen des Großsegelzuschnitts ....................................................................................................................301
Das Problem flexibler Spieren ....................................................................................................................................308
Der Schnitt der Vorsegel ..............................................................................................................................................311
Das Ausrichten des Riggs ............................................................................................................................................314
Literaturverzeichnis und Anmerkungen zu Teil 2 ....................................................................................................316
Teil3
Der Wind ...................................................................................... 323
1 Die Bedeutung der barometrischen Tiefdruckgebiete ....................................................................................324
2 Die Struktur des wahren Windes ..............................................................................................................................332
3 Örtliche Winde ................................................................................................................................................................344
4 Der Wind während einer Regatta ............................................................................................................................349
5 Mikrostürme ......................................................................................................................................................................358
6 Pumpen - eine legale Segeltechnik? ........................................................................................................................359
Allmähliche Veränderung des Anstellwinkels ....................................................................................................360
Schnelle wiederholte Änderungen des Anstellwinkels (Pumpen) ..............................................................361
7 Segeln vor dem Wind (Rollen) ..................................................................................................................................366
8 Der Katzmayr-Effekt ........................................................................... 377
Literaturverzeichnis und Anmerkungen zu Teil 3 .................................................. 381
Anhang 1
Wichtige Gesetze der Mechanik ..............................................................................................................................383
Kraft und Bewegung ..............................................................................................................................................................383
Das Parallelogramm der Kräfte und der Geschwindigkeiten ................................................................................387
Anhang2
Reynolds-Zahl und Maßstabseffekt .......................................................... 390
Anhang 3
Beaufort-Skala der Windgeschwindigkeiten ............................................... 397
Namen-und Sachwortverzeichnis ............................................................ 400
7
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