Basis Fragen


    Die Glockenverteilung beim gepfeilten Nurflügelflugzeug dient nur der Stabilität, weil ja das Höhenruder fehlt.
    Das Auswehen im Top beim Segel kommt dadurch zustande, weil die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zunimmt, deshalb ist der Anstellwinkel im Top größer als in Gabelbaumhöhe. Das hat mit Glockenverteilung nichts zu tun. Das Top ist voll belastet. Nur bei Böen weht es aus, weil das Segel elastisch ist.

    Zitat von kleppy10

    Die Glockenverteilung beim gepfeilten Nurflügelflugzeug dient nur der Stabilität, weil ja das Höhenruder fehlt.
    Das Auswehen im Top beim Segel kommt dadurch zustande, weil die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zunimmt, deshalb ist der Anstellwinkel im Top größer als in Gabelbaumhöhe. Das hat mit Glockenverteilung nichts zu tun. Das Top ist voll belastet. Nur bei Böen weht es aus, weil das Segel elastisch ist.


    Da liegst du leider völlig daneben!


    Vergleiche mal den Twistwinkel im Segel bei einem Katamaran oder einem Americas Cupper in der Höhe von 1 Meter bis 5 Meter. Da beide ungefähr den gleichen Speed fahre wie ein Windsurfer müßte auch der Drehwinkel des "Scheinbaren Windes" gleich sein!!! Und wie sehen die Segel da aus? Beim Surfsegel hast du auch voll aufgeladen noch immer einen Twistwinkel von 20 Grad von der Gabel bis zur Toplatte, die Toplatte schlägt drucklos nach luv und nach lee durch den Impuls der Wellen auf das Board. Wenn die Toplatte lose hin und her schlägt - dann hat sie da oben keine Druckdifferenz von luv nach lee und somit auch keinen Randwirbel. Wäre da auch nur ein minimaler Druckunterschied von luv nach lee würde die Toplatte eine klar definierte Position einnehmen. Tut sie das, dann hast du eindeutig zu wenig Vorliektrimm.


    Normale gepfeilte Nurflügel haben k e i n e Glockenverteilung und benötigen deshalb ein Seitenleitwerk. Hortennurflügel brauchen kein Seitenleitwerk, daran kann man sie sofort erkennen.

    Zitat von daddy_o

    Wie wichtig ist überhaupt der Windwiderstand der Segel in der Leistungsbetrachtung? Und auch mal gefragt: Was passiert eigentlich, wenn das Segel auffiert?


    4 Komponenten bremsen den Surfer ein:


    Segelwiderstand (Luft) ca. 25 %
    Boardwiderstand (Luft + Wasser) ca. 25 %
    Finnenwiderstand (Wasser) ca. 25 %
    Fahrerwiderstand (Luft) ca. 25%


    Fallen einige Komponenten weg wie z.B. beim Eissegler (Finnenwiderstand fast weg, Boardwiderstand fast weg), steigt die erreichbare Geschwindigkeit deutlich.


    Wenn du das Segel auffierst, dann reduzierst du den Anstellwinkel zum scheinbaren Wind - die Segelkraft reduziert sich (is schlechter) aber der Kraftvektor geht mehr nach vorne (is besser). Maximaler Vortrieb bedeutet also nicht, einfach nur brutal dicht zu halten, sondern gezielt auf zu fieren um maximalen Vortrieb zu erhalten. Deshalb sind zwischen Normalos und Profisurfern z.B. beim Höhelaufen eben Welten, und zwischen guten Profisurfern und Weltmeistern sind nochmal Welten. Alle haben das gleiche Material, das gleiche Wasser, den gleichen Wind aber eben nicht den gleichen Anstellwinkel. Aber verrate das nicht den armen Surfern, die mit Top-Material auf dem Baggersee rumrutschen, das wäre doch zu peinlich.


    Hauptsache es macht Spaß


    meint


    Dr. Spin Out



    Also, das stimmt nicht mit dem Auffieren, dass dann der Kraftvektor seine Richtung ändert.
    Die Segelkraft (Vektorsumme aus Auftrieb und Widerstand) steht immer nahezu senkrecht auf der Anströmung, egal wie dicht ich das Segel hole. Mit dem Dichtholen ändere ich nur den Anstellwinkel des Segels und damit die Segelkraft. Wie viel von der Segelkraft als Vortrieb und Widerstand rauskommt, hängt ausschließlich vom gefahrenen Kurs ab, der den Winkel des scheinbaren Windes bestimmt. Vortrieb und Widerstand sind nur in diesem Achsensystem von Bedeutung. Wenn Vortrieb und Widerstand gleich sind, erhält man die maximale erreichbare Geschwindigkeit.



    Auch die Angabe der prozentualen Widerstände ist so nicht richtig. Sie hängen ebenfalls stark vom Kurs ab, es geht ja um den Widerstand in Fahrtrichtung und der ändert sich beim Segel mit dem Winkel des scheinbaren Windes. Da der Widerstand des Boards mit der Geschwindigkeit nahezu konstant bleibt, der Widerstand von Segel und Finnen aber quadratisch mit der Anströmgeschwindigkeit und der Fahrgeschwindigkeit steigt, wird der prozentuale Anteil von Segel und Finne immer größer, während der des Brettes kleiner wird.
    Das ist halt für jede Windstärke, Fahrgeschwindigkeit und Kurs anders. Das muss man für jeden Zustand berechnen.

    @ kleppy10


    Die Überlegungen sind richtig, aber nur fast!


    Hier ist das Haar in der Suppe:
    per definitionem ist der Auftrieb senkrecht zur Anströmung, nicht aber die Vektorsumme incl Widerstand. Das Ca zu Cw Verhältnis bestimmt die Richtung der Vektorsumme, ändert sich also, wenn sich Ca zu Cw ändert!!!



    zu den prozentualen Widerständen:


    die von mir angenommenen 25+25+25+25% sind Standardwerte, die ich mal überschlagsmäßig für "normale" Kurse ermittelt habe.
    Natürlich sind bei einer Grenzwertbetrachtung, zB Vorwindkurs, die Werte anders und verschieben sich, da dann der scheinbare Wind nahe Null ist und praktisch nur Board und Finne bremsen. Auch die Anmerkung: Da der Widerstand des Boards mit der Geschwindigkeit nahezu konstant bleibt wird in der Literatur genannt und ist für Surfboards nicht richtig. Nur wenn bei zunehmender Geschwindigkeit die auftriebserzeugende Fläche des Boards auch kontinuierlich reduziert werden kann, dann stimmt das. Kann aber in der Praxis nicht beliebig reduziert werden, sollte jeder Surfer kennen.


    Wenn jemand mal andere Werte berechnet hat würde ich mich über diese sehr freuen, für mich gilt weiterhin 25% +- 5% je nach Kurs als gute Annäherung, hatte ich ja auch schon öfters mal so hier im Forum in den Raum gestellt. Verbesserungen sind erwünscht, werden aber kritisch begutachtet


    von


    Dr. Spin Out


    Deshalb habe ich ja gesagt, die Luftkraft ist nahezu senkrecht zur Anströmung. Auftrieb senkrecht plus Widerstand ergibt eine Luftkraft mit einem etwas größeren Winkel als 90 Grad. Das ändert aber nichts am Prinzip.
    Hier mal ein paar Berechnungsbeispiele.
    Screen Shot 2013-10-24 at 10.48.37 AM.jpgVORTRIEB_SEITENKRAFT.jpgREL_WIDERST_WINDSURF.jpg


    Bei mauiultrafins.eu unter 'Finnengeheimnisse' findet man ein Bild zu den Kräften und den Winkeln (Bild1)


    Angenommen wird, dass der Fahrer mit der maximal möglichen Segelkraft fährt, er also immer im Gleichgewicht mit seinem Segel ist. Damit ist er an der Grenze zur Stabilität. Diese Grenze hält man durch Gewichtsverlagerung bzw. Dichtholen und Auffieren ein.
    Die Segelkraft kann also niemals größer sein, gleichgültig wie schnell man fährt oder wie gross das Segel ist.
    Die erreichbare Segelkraft entspricht ungefähr 40% des Körpergewichts.


    Unter dieser Annahme kann man alle Kräfte, den scheinbaren Wind nach Stärke und Richtung in Abhängigkeit vom Wind, der Fahrgeschwindigkeit und dem Kurs berechnen. Berücksichtigt werden natürlich auch alle Parameter von Segel, Finne und Brett.


    Besonders wichtig ist das Ergebnis, dass mit zunehmender Geschwindigkeit der Winkel des scheinbaren Windes immer kleiner wird und damit auch der Vortrieb, während die Seitenkraft immer größer wird. Bild 2 für verschiedene Kurse.
    Das ist Naturgesetz, also unveränderlich oder für die Gläubigen unter uns, von Gott gegeben.
    Das gilt für alle Segelfahrzeuge zu Wasser und zu Land.


    Damit wird es immer schwieriger, die Höchstgeschwindigkeit zu steigern.
    Die einzige Maßnahme besteht in der Reduzierung des Widerstandes (siehe Eissegler) aber da kann man beim Windsurfen keine großen Sprünge mehr machen. Es ist schon alles optimiert. Das Gewicht kann man noch erhöhen, um mehr Segelkraft zu halten, mit dem Gewicht steigt aber auch wieder der Brettwiderstand.



    Da bleibt nur die Windstärke. Je stärker der Wind im Verhältnis zur Fahrgeschwindigkeit, desto größer der Winkel des scheinbaren Windes und damit der Vortrieb.


    Das erkennt man auch daran, dass die hohen Geschwindigkeiten praktisch nur in Lüderitz erreicht werden, da dort der Wind extrem stark und die Bedingungen (Kurs und flaches Wasser) ideal sind.


    Daraus ergibt sich aber auch, dass man 50 kts nur erreicht, wenn der Wind auch bei 50 kts liegt.
    In Lüderitz sind mehrere Personen mit ganz unterschiedlichem Equipmentt nahezu gleich schnell gewesen. Das liegt ausschließlich an den Bedingungen.
    Vor allem liegt es nicht an der Finne, deren Anteil am Widerstand ist vergleichsweise gering. Anzunehmen, man braucht nur die richtige Finne und dann fährt man 50 kts ist völlig absurd. Siehe unten.


    Bild 2 zeigt den Vortrieb und die Seitenkraft des Segels bezogen auf den gefahrenen Kurs.
    Man erkennt, dass der Vortrieb bei gegebenem Wind vom Kurs abhängt. Bei raumen Kurs (hier 120 Grad) ist der Vortrieb größer als bei einem Kurs von 90 Grad, weil der Winkel des scheinbaren Windes größer ist.


    Die sich ergebende Seitenkraft muss von der Finne kompensiert werden, um geradeaus fahren zu können.



    Betrachtet man nun den Vortrieb und den Gesamtwiderstand ( Bild 3) ergibt der Schnittpunkt (Vortrieb = Widerstand) die maximale Geschwindigkeit. In diesem Beispiel bei 90 Grad Kurs ca. 20 kts bei 120 Grad Kurs ca. 28 kts.


    Die Differenz zwischen Vortrieb und Widerstand ist ein Maß für die mögliche Beschleunigung.


    Widerstandsanteile (Bild 4):


    Die Verteilung hängt von dem Verhältnis Fahrgeschwindigkeit/ Windgeschwindigkeit (scheinbarer Windwinkel) und vom Kurs ab.
    Der Boardwiderstand nimmt prozentual mit der Geschwindigkeit ab, da er absolut weitgehend konstant ist. Die benetzte benetzte Fläche wird automatisch kleiner bzw. auch der Anstellwinkel. Die anderen Anteile nehmen quadratisch mit der Geschwindigkeit zu.
    Man sieht, dass der Anteil der Finne bei ca. 6% liegt. Eine 10%-ige Reduzierung des Widerstandes der Finne bei gleicher Fläche, also nur durch ein verbessertes Profil, was schon viel ist, würde am Gesamtwiderstand gerade mal 0,6% ausmachen.
    Diese 0,6% Änderung an Widerstandskraft würde eine Geschwindigkeitsänderung um den Faktor 1,003 ausmachen (Wurzel aus 1,006). Zum Beispiel statt 28 kts jetzt 28,084 kts.


    Berechnung unter o.a. Annahmen führt zu folgenden Ergebnissen:


    Wind max. Speed Vs/Vwind


    45 kts 50 kts 1,11
    50kts 54 kts 1,08
    55 kts 56 kts 1,018
    60 kts 58 kts 0,966


    Ich denke, das die Ergebnisse nicht unrealistisch sind. Sie zeigen zumindest, dass es zur Steigerung der max. Geschwindigkeit einfach mehr Wind braucht.

    Zitat von kleppy10

    Besonders wichtig ist das Ergebnis, dass mit zunehmender Geschwindigkeit der Winkel des scheinbaren Windes immer kleiner wird und damit auch der Vortrieb, während die Seitenkraft immer größer wird. Bild 2 für verschiedene Kurse.
    Das ist Naturgesetz, also unveränderlich oder für die Gläubigen unter uns, von Gott gegeben.


    Das gilt für einen festgelegten Kurs, z.B. 90 grad zum (wahren) Wind.


    In Lüderitz (und überall) kommt aber hinzu, dass man den scheinbaren Wind als
    Verstärkung nutzt, indem man, einmal in Fahrt, zunehmend abfällt bis fast auf Vorwindkurs.


    Und hier erreicht man diese hohen Werte, wahrer Wind + Gegenwind, die sich
    zusammen zu einem enormen scheinbaren Wind addieren, der höher ist als der
    wahre Wind, mit dem richtigen Winkel für maximalen Vortrieb.



    Ich denke auch nicht, dass das Ende der Fahnenstange schon erreicht ist. Wenn man sich
    die faltigen Segel ansieht, die hohen Anstellwinkel der Finne/Board usw. ...


    Dann wird man die Segel auch noch im Bauch einheitlicher fahren in Zukunft, da bin
    ich mir sicher. Unten so bauchige Profile, im Top fast ohne Profil... ist super für die
    Kontrolle, aber dem Topspeed könnte es eher schaden.


    Ich meine, über die aktuellen Schlabber-Riggs beim Speeden wird man in 10, 20 Jahren müde lächeln.

    Zitat von Django

    .....Und hier erreicht man diese hohen Werte, wahrer Wind + Gegenwind, die sich
    zusammen zu einem enormen scheinbaren Wind addieren, der höher ist als der
    wahre Wind, mit dem richtigen Winkel für maximalen Vortrieb.....


    nee, nee, das ist genau andersrum, die Geschwindigkeiten subtrahieren sich!!!!!
    wenn du auf Vorwindkurs mit 50 kn bei Windgeschwindigkeit 50 kn fährst, dann hast du Windstille

    @ kleppy10


    Ich bin gerade am Nachdenken. Deine Überlegungen sind eigentlich alle richtig, das Datenmaterial (die Bilder von MUV) sind aber leider unhaltbarer Unsinn.


    Rechne mal bitte nach:


    1. Ansatz
    Kurs 90 oder 120 Grad, Fahrtgeschwindigkeit 50 kn - ergeben lt Bild 2 ca 100 N Vortrieb
    Gesamtwiderstand ausbeschleunigt also 100 N
    Finnenwiderstand in diesem Arbeitspunkt ca. 6-7 %, also absolut ca. 7 N
    Gesamtquerkraft am Segel nach Fahrergewicht ca. 450 N
    Gesamtquerkraft der Finne geschätzt ca. 400 N und so bummelig 50 N durchs Board
    Ca zu Cw der Finne also 400 zu 7 und das ergibt bei mir eine Gleitzahl von 57 für eine Finne mit Streckung 2
    Geschätzt hätte ich eine Gleitzahl so zwischen 5-10 maximal



    2. Ansatz
    Fahrerwiderstand bei 50 kn wird mit weniger als 10% angegeben
    Gesamtwiderstand 100 N , davon 10% sind 10 N - bei 50 kn Wind !!!
    völlig realitätsfern, bei 50 kn Wind kannst du dich freistehend fast nicht mehr auf den Beinen halten, der Wind weht dich einfach um!!!



    Also Zahlen und fremde Diagramme sind ja ganz schön, wäre da nicht wieder das berühmte Haar in der Suppe.
    Auch wenn der Herr Hanke diese Diagramme erfunden hat - sie halten einer realistischen Überprüfung nicht stand.


    Oder liege ich da so völlig daneben?



    Kann mir jemand erklären, wieso auf dem 2. Bild bei Kurs 120 Grad die Segelkraft mit -100 N beginnt, muß man das Segel da anschieben, damit man nicht ins Wasser fällt? Da kann ich mich nicht daran erinnern, daß mir sowas mal untergekommen ist???

    Zitat von Dr. Spin Out

    nee, nee, das ist genau andersrum, die Geschwindigkeiten subtrahieren sich!!!!!
    wenn du auf Vorwindkurs mit 50 kn bei Windgeschwindigkeit 50 kn fährst, dann hast du Windstille



    Ja, du hast natürlich recht. Merkt man ja auch, sobald man raumschots surft,
    wie der Druck nachlässt.


    Ich wollte damit dem Zitat widersprechen, dass die Seitenkraft immer größer wird
    und der Winkel immer kleiner. Da wurde einfach übergangen, dass man ja beim Speed-
    surfen auf Raumschots geht. Die Seitenkraft nimmt sogar ab.



    Die Diagramme kamen mir übrigens auch komisch vor, da ging es mir wie dir.

    ich bin der Meinung der Ansatz und die Diagramme sind vom Prinzip her korrekt. Wo ich auch noch ein Problem sehe, ist die Annahme der Widerstandsverteilung. Ich denke 6-7% für eine Finne und vor allem 10% für den Fahrer sind deutlich zu niedrig.


    Bei meinen eigenen Profil- und Widerstandsberechungen (s.a. hier im Forum) lag der Widerstand der betrachteten Finnen immer so im Bereich von 20-25 N.


    Beim Fahrer würde ich in erster Näherung auch von um die 20-30% (evtl. sogar noch mehr) ausgehen. Bei 50 Kn Wind kann man stehen und fliegt nicht weg, man kann sich aber sehr schön in den Wind lehnen, denke 100 bis 150N sind da schon am Werk.


    Aber ich denke das ist auch alles nicht entscheidend. Die fundamentale Aussage ist doch, dass nur eine Erhöhung der Windstärke einen ab einem gewissen Punkt signifikant schneller werden lässt. Eine Reduktion der Widerstände bringt nur sehr begrenzt was und müste schon fundamental was ändern.

    gefunden bei Wikipedia: Cw Mensch aufrecht stehend 0,78


    Bei 40 kn scheinbaren Wind und ca 1m² Fläche ergeben sich ca 180 N Widerstand
    (Schätzung Isonic87 : 100-150 N, gut, setzen, eins!)


    Steht der Mensch quer, wird der Cw besser (geschätzt 0,4) und die Querschnittsfläche kleiner ( ca. 0,6 m²)
    Widerstand dann ca. 60 N
    (Angabe lt. MUV Diagramm 7 N - das ist ne ganze Zehnerpotenz daneben!!!)


    Woran liegts? Ganz einfach - die Berechnung der Vortriebskraft bei MUV ist voll daneben und damit fängt nun mal alles an.
    Ich habe mir gerade mal eine Vektoranalyse von "Speedfahren in Lüderitzverhältnissen" zusammengebastelt, stelle ich demnächst ins Forum zur Diskussion.
    1. Erkenntnis - gesamt Vortriebskraft in Kursrichtung ca. 300 N
    2. Erkenntnis - einseitige Gabel ist völliger Blödsinn, Cw des Segel spielt praktisch keine Rolle bei Kurs 130 Grad
    3. Erkenntnis - Querkraft für die Finne ca. 300 N, nun können wir uns noch über die Gleitzahl der Finne in diesem Arbeitspunkt streiten, ich glaube sie liegt nicht besser wie 5-8 oder so, also Widerstand Finne so bei 40-60 N


    Da muß ich aber jetzt erst mal ne Nacht drüber schlafen morgen mehr


    von


    Dr. Spin Out

    Zitat von Isonic87

    Aber ich denke das ist auch alles nicht entscheidend. Die fundamentale Aussage ist doch, dass nur eine Erhöhung der Windstärke einen ab einem gewissen Punkt signifikant schneller werden lässt. Eine Reduktion der Widerstände bringt nur sehr begrenzt was und müste schon fundamental was ändern.


    Oder aber auch eine Erhöhung der Segelkraft. Was durch verbesserte Hebelverhältnisse geht. Also Dirk Nowitski mit einer ordentlichen Bleiweste :D