Jeder Tropfen zählt

Berliner Strömungsforscher beschäftigen sich mit der deutschen Rennyacht für den America's Cup.

Die Yachten, die im America's Cup gegeneinander antreten, lassen sich mit herkömmlichen Segelschiffen nicht vergleichen. Sie sind Meisterwerke des Designs, des Yachtbaus und der Ingenieurskunst. In der 156 Jahre alten Geschichte des America's Cup, der bekanntesten und traditionsreichsten Segel-Regatta der Welt, nimmt nun erstmals auch ein deutsches Team teil.

Das deutsche Team tritt mit der Germany I, dem ersten in Deutschland gebauten Americas Cupper an. In der Entwicklung spielt Axel Mohnhaupt als „Principal Designer“ eine wichtige Rolle. Als Chef der Konstrukteurs- und Technik-Mannschaft im United Internet Team Germany arbeitet er gemeinsam mit seinem 12-Mann großen Team ständig daran, die Yacht mit der Segelnummer GER 89 noch schneller, noch wendiger und noch stabiler zu gestalten.

Genau wie bei der Konkurrenz geht es in den zahlreichen Regatten, die zur Zeit als Vorlauf zum eigentlichen Cup durchgeführt werden, auch bei den Deutschen darum, die Yacht ständig zu optimieren.

Optimierung des Schiffsrumpfes
Unterstützung holte sich Axel Mohnhaupt auch von seiner ehemaligen Universität. Am Institut für Strömungsmechanik der TU Berlin beschäftigte sich Christian Paschereit mit der Oberfläche des Schiffsrumpfes. Priorität lag in der Minimierung des Strömungswiderstandes der Rennyacht. Dieser Widerstand setzt sich aus mehreren Anteilen zusammen. Ein Anteil ist der so genannte Formwiderstand, der von der Form des umströmten Körpers und der Verteilung der Strömung abhängig ist. Der zweite Anteil ist der Reibungswiderstand, der von der Grenzschicht auf der Rumpfoberfläche abhängt. Zusätzlich spielen noch dynamische Effekte eine Rolle: Der Rumpf der rund 24 Tonnen schweren Rennyacht taucht während der Regatta permanent in die Wellen ein und wieder aus. Wenn die Yacht aus dem Wasser auftaucht, bleiben auf der Oberfläche des Rumpfes Wassertropfen hängen. Beim Wiedereintauchen des Bootes müssen diese Tropfen wieder beschleunigt werden. Das trägt zu einer Erhöhung des Rumpfwiderstands und damit zu einer Verminderung der Geschwindigkeit bei. In einem Rennen, wo es auf Zehntelsekunden ankommt, kann dies für Sieg oder Niederlage entscheidend sein. Professor Paschereit ging zum einen der Frage nach, wie die Oberflächenbeschaffenheit die Tropfenbildung beeinflusst, d. h. ob sich mehr oder weniger Tropfen am Rumpf bilden. Dieser Punkt entscheidet darüber, welche Masse Wasser an dem 26 Meter langen Boot hängt und beim Eintauchen in das Meer wieder beschleunigt werden muss. Zum anderen war von Interesse, wie sich die Tropfen beim Wiedereintauchen in das Wasser verhalten.

Simulation einer Rennyacht
Da Versuche an einer 24 Tonnen schweren und 26 Meter langen Rennyacht sehr schwierig sind, dachten sich Paschereit und sein Team einen vereinfachten Versuch aus: „In den Ingenieurwissenschaften ist die große Kunst komplexe Zusammenhänge so zu reduzieren, dass in vereinfachten Experimenten das Verhalten einer 26 Meter langen Yacht simuliert werden kann“, sagt Paschereit. Dabei sei es egal ob es sich um eine 24 Tonnen schwere Rennsegelyacht, einen Airbus 380 oder um eine 300 MW Gasturbine handelt. Mithilfe der Versuche wurde im Rahmen des strengen 58-seitigen Regelwerkes des America's Cup die optimale Oberfläche für die deutsche Herausforderin ermittelt. Diese ist nun auf der Germany I zu finden. Wie genau diese Beschichtung aussieht, bleibt zumindest bis zum Ausgang des America's Cup jedoch ein Geheimnis. In der bekanntesten und teuersten Regatta der Welt ist die Entwicklung der besten Technologie ein Schritt zum Sieg.

Am 16. April startete der Louis Vuitton Cup, Round Robin. Die besten vier Mannschaften qualifizieren sich für das Halbfinale. Die von Christian Paschereit durchgeführten Untersuchungen werden das deutsche Team bei seinem Kampf unterstützen.

Quelle: Technische Universität Berlin

Weitere Infos:

• Technische Universität Berlin:
  http://www.tu-berlin.de
• Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik; Technische Universität Berlin:
  http://www.hfi.tu-berlin.de
• AG Christian Oliver Paschereit:
  http://www.fd.tu-berlin.de