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Segelmacherei PrimeSails
 

Segel und Potentialströmung

Die auftretenden Kräfte an einem Segel oder an einem Körper in einer Flüssigkeit haben ihren Ursprung zum einen Teil in der Funktion als Hindernis, nämlich dass das Segel bzw. der Körper die freie Strömung der Flüssigkeit stört, und zum anderen Teil in den Strömungsverhältnissen an der Oberfläche des Segels. Beim Segel haben wir beide Kräfte schon kennen gelernt, der Auftrieb am Segel und der Widerstand durch das Segel.

Die Strömungsverhältnisse an der Oberfläche des Segels werden durch Zähigkeitseffekte hervorgerufen. Dieser Reibungswiderstand ist es, der für das Zustandekommen des Auftriebs erforderlich ist. Er ist es aber auch, der die an sich einfachen mathematischen Modelle kompliziert macht.

Hilfreich für das Verständnis ist die Betrachtung einfacher Stromlinien um einen Kreiszylinder. Anhand dieses Modells wird die Beziehung zwischen der Form des Segels bzw. des Tragflügels, und den induzierten Geschwindigkeiten, Drücken und Kräften erläutert.

Eine Flüssigkeitsströmung kann man sich als eine Kette von Teilchen vorstellen, die sich alle mit gleicher Geschwindigkeit bewegen. Von einer Potentialströmung sprechen wir, wenn wir stationäre Strömungen meinen. Bei stationären Strömungen ist die örtliche Strömungsgeschwindigkeit konstant. Somit sieht das Stromlinienbild immer gleich aus. Bei instationären Strömungen dagegen ändert die Strömung ständig die Geschwindigkeit, so dass sich die Stromlinien ständig bewegen.

Desweiteren gehen wir bei einer Potentialströmung davon aus, dass keine Ablösung der Strömung vom Tragflügel stattfindet. Die Flüssigkeit schließt sich direkt hinter dem Tragflügel wieder zusammen. In der Realität dagegen haben wir es häufig mit Ablösungen der Strömung zu tun. Um das Prinzip des Auftriebs jedoch zu beschreiben, kann das dieses Phänomen vernachlässigt werden.