Künstlicher Wind für bessere Segel

Erstellt von Joachim Kläschen

Der Versuchsaufbau vor dem Windkanal der FH Kiel dürfte Modellbauer begeistern: Vor den beweglichen vertikalen Lamellen des Luftauslasses des Windkanals steht eine Segelyacht mit einem knapp zwei Meter hohen Mast. Während Prof. Dr.-Ing. Kai Graf am Stellpult den Versuch vorbereitet, nimmt sein Laboringenieur Paul Schlockermann eines von vier neu gefertigten Modellsegeln und montiert es am Modell. „Das kommt von einem Kieler Segelmacher, mit dem wir für diesen Versuch zusammenarbeiten“, führt Schlockermann aus. „Wir wollen hier im Windkanal mit Hilfe dieser Modellsegel die Eigenschaften von vier unterschiedlich geschnittenen sogenannten Gennakern prüfen.“

Doch das ist nur ein Aspekt der Testreihe, wie Prof. Dr.-Ing. Kai Graf vom Fachbereich Maschinenwesen ergänzt: „Wir benötigen die gewonnenen Messdaten, um unser VPP weiterzuentwickeln. Das Velocity Prediction Programm berechnet dann die Geschwindigkeit, die die Yacht mit diesen Segeln auf allen Kursen zum Wind und für jede Windgeschwindigkeit erreichen kann. Übergeordnetes Ziel ist es, unsere VPP-Anwendung für die Nutzung auf den heute in Nordeuropa sehr verbreiteten Cruiser/Racer-Yachten auszuweiten.“ Segelboote dieses Typs eignen sich sowohl für gemütliche Segelausflüge, als auch für die Teilnahme an Regatten. Viele sind mittlerweile mit einem Gennaker ausgestattet, einem großen, bauchigen, asymmetrischen dreieckigen Vorsegel. Und genau ein solches steht heute auf dem Prüfstand.

Ein Mausklick von Graf, und die gegenläufigen Turbinen im Untergeschoss setzen sich in Bewegung. Mit einer konstanten Geschwindigkeit von fünf Metern pro Sekunde rauscht eine Brise durch die mannshohen Lamellen und trifft auf das Modell, dessen Gennaker sich leicht bläht. Die drehbare Sechs-Komponenten-Waage, auf der das Segelboot steht, misst, wie sich die Yacht bei dem Wind verhält. Die Werte können Graf und Schlockermann auf einem Monitor am Prüfstand ablesen. Von hier aus steuern sie auch die sechs Schrittmotoren an Bord des Modells, die die Segel trimmen, als arbeite eine unsichtbare Mini-Crew an Bord. Zudem können die beiden Strömungsanalysten die Position des Modells rotieren, um so Wind aus unterschiedlichen Richtungen zu simulieren.

„Es geht uns um die Ermittlung der maximale Vortriebskraft“, erklärt Graf und deutet auf eine unstete Linie auf dem Monitor, die den Zeitverlauf des Segelvortriebs zeigt. „Wir wollen durch das Anpassen aller Variablen des Segeltrimms ermitteln, wozu dieser Gennaker in der Lage ist.“ Die Linie steigt, während der Professor per Mausklick ein unsichtbares Crewmitglied dazu treibt, eine Gennakerschot zu fieren. Doch plötzlich fängt das eben noch bauchige Segel an zu flattern, und die Linie bricht ein. „Das war dann wohl etwas zu viel“, kommentiert Graf nüchtern, „aber, dass was wir hier machen, ist eben etwas ganz Neues. Das erfordert dann auch viel Ausprobieren.“ Währenddessen versucht Paul Schlockermann den Gennaker durch behutsames Zupfen im Wind zu halten, aber mit den aktuellen Parametern ist einfach nichts zu gewinnen, das innovative Vorsegel will nicht aufhören zu flattern.

Über anderthalb Stunden wechseln Graf und Schlockermann immer wieder den Kurs zum Wind und die Spannung der Segel, bis sie das ideale Zusammenspiel gefunden haben und das Modell die größtmögliche Vortriebskraft entwickelt. Für 20 Sekunden muss die Linie auf dem Höchststand bleiben ohne einzubrechen, damit die später erneut überprüfte Messung als valides Resultat gilt. Ihre Ergebnisse teilen die Strömungsanalysten mit dem Segelmacher, der die Erkenntnisse in eine Verbesserung der Segel einfließen lassen kann. „Dieser Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft war der Anlass für den Bau der vom Land finanzierten Anlage“, weiß Graf, der den Windkanal von 15 Jahren aus der Taufe gehoben hat.

„Es gibt nur wenige große Segelhersteller auf der Welt, die eigene Windkanäle haben, um ihre Produkte zu verbessern“, erklärt der Professor, der wie sein Laboringenieur begeisterter Segler ist. „Mit unserer Anlage geben wir Segelmachern aus der Umgebung die Möglichkeit, sich und ihre Produkte im Rahmen von Kooperationsprojekten weiterzuentwickeln.“ So ist es in der Vergangenheit zu vielen spannenden Testläufen gekommen, bei denen sich auch Modelle foilender Katamarane im Windkanal beweisen mussten. „Das ist eine tolle Zusammenarbeit, bei der wir uns hervorragend ergänzen“, schließt Graf, während der Wind beständig mit 5 Metern pro Sekunde durch die Halle weht und sich der Gennaker bläht.

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