Ein Segelschiff mit Flügeln und ohne Krängung
Wir beschreiben hier eine Konstruktion für ein Segelschiff,
mit der die senkrechte Stabilität
eines Segelschiffs dynamisch unterstützt wird. Die Unterstützung der senkrechten Stabilität ist dabei von der
Schiffsgeschwindigkeit durch das Wasser bzw. von der Windgeschwindigkeit
abhängig - insbesondere nicht jedoch von der Schräglage des Schiffes.
Die Stabilität des Schiffes wird
dynamisch unterstützt.
Die Vorteile dieser Konstruktion
zusammengefasst :
Und so soll eine solche Konstruktion aussehen:
Unterhalb der Wasserlinie links und rechts des Kiels wird jeweils eine
Flügelplatte angebracht , die senkrecht zum Kiel und parallel zur
Wasseroberfäche ausgerichtet sind, wenn Schiff und Wasser ruhen.
Die Platten sollen ganz oder teilweise um eine Achse quer zur Schiffsrichtung
unabhängig voneinander, insbesondere auch gegenläufig verdrehbar sein. Der
seitliche Abstand der Platten von der Schiffsmitte soll veränderbar sein.
Die Abbildung zeigt schematisch ein Schiff im Querschnitt, an dem links und
rechts unterhalb der Wasseroberfläche zwei verdrehbare Flügelplatten angebracht
sind, deren Abstand von der Schiffsmitte veränderbar ist.
Wird bei einem Schiff in Fahrt die rechte Platte so verdreht, dass die
Vorderseite nach unten zeigt, entsteht an der Platte durch die Strömung ein
Drehmoment,
wodurch das Schiff nach
rechts kippt, sowie eine Kraft, die das Schiff auf der rechten Seite abbremst.
Wird die rechte Platte so verdreht, dass die Vorderseite nach oben zeigt,
entsteht an der Platte durch die Strömung ein Drehmoment,
wodurch das Schiff nach links kippt,
sowie eine Kraft, die das Schiff auf der rechten Seite abbremst. Entsprechende
Überlegungen lassen sich für die linke Platte anstellen.
Lassen sich beide Platten unabhängig voneinander verdrehen, kann erreicht
werden, dass ein Segelschiff in Fahrt senkrecht gehalten wird, obwohl der Wind
von der Seite weht. Durch unterschiedliche starke entgegengesetzte Neigung
beider Platten kann gleichzeitig sogar der Kurs gehalten oder verändert werden.
Eine Modellrechnung zeigt, dass das aufrichtende Drehmoment durch diese
Vorrichtung bei gleichbleibender Plattenstellung proportional von dem
Plattenabstand von der Kiellinie abhängt, während der Bremseffekt dieser
Vorrichtung nur von der Plattenstellung abhängt.
Das bedeutet, dass ein Segelschiff mit dieser Vorrichtung durch das
Zusammenspiel von zwei Stellgrößen senkrecht gehalten werden kann.
Man verstellt die Winkel der Platten so lange, bis die Platten genügend viel
aufrichtendes Drehmoment erzeugen. Das kann das Schiff möglicherweise
gleichzeitig erheblich abbremsen – dann nämlich, wenn sich die Platten sehr
dicht am Kiel befinden.
Es versteht sich von selbst, dass ein großer seitlicher Plattenabstand für ein
Segelschiff auch Nachteile hat, insbesondere in engen Gewässern und am
Liegeplatz. Daher ist es für einen optimalen Einsatz dieser
Stabilisierungsplatten unbedingt erforderlich, dass die Stabilisierungsplatten
sowohl verdrehbar als auch im Abstand zur Kiellinie veränderbar sind.
Funktioniert das denn wirklich?
Um diese
Frage besser beantworten zu können, haben wir eine Modellrechnung durchgeführt,
die wir im Detail im Kap. "Der Beweis" aufgeschrieben haben. Hier die wesentlichen
Ergebnisse in der Zusammenfassung.