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Die meisten von uns machen ihre ersten Foilversuche, indem sie einen Kurs besuchen oder das Foil eines Freundes verwenden. Die meisten von uns stellen sich zu diesem Zeitpunkt nicht allzu viele Fragen bezüglich Design des Haupt- oder Heckflügels und hinterfragen auch nicht, warum es so viele verschiedene Formen gibt.
Sobald man sich aber mehr mit diesem Thema auseinander setzt wird man sich bewusst, dass es ganz unterschiedliche Formen und Größen gibt. Beim Besuch von Online-Shops oder Webseiten von Herstellern von Foils findet man dann auch neben Bildern diverse Angaben zu den Dimensionen der unterschiedlichen Foils.
Doch wofür stehen diese Dimensionen und wie interpretiert man diese? Im folgenden Bericht haben wir für Euch die wichtigsten Dimensionen zusammengestellt und zeigen Euch, wofür diese stehen und wie Ihr diese interpretieren könnt.
Fläche des Flügels
Die Fläche des Flügels ist ein erster Indikator dafür, ob ein Flügel mehr oder weniger Auftrieb hat. Wenn wir uns die Formel zur Berechnung der Auftriebskraft ansehen, wissen wir, dass die Auftriebskraft von der Fläche des Flügels abhängt (siehe auch unser Artikel Physik eines Hydrofoils). Wenn alle anderen Parameter gleich bleiben, kann man schließen, dass ein Flügel mit größerer Fläche im Allgemeinen mehr Auftrieb erzeugt als ein Flügel mit einer kleineren Fläche. Schaut man sich unterschiedliche Marken und Produkte an, so stellt man aber schnell fest, dass einige Hersteller die “Fläche” (Englisch: “full surface” or “actual area”) und andere die „projizierte Fläche“ (Englisch: “flat surface” or “projected area”) des Flügels angeben. Einige geben auch beide Dimensionen. Aber was ist der eigentlich der Unterschied zwischen Fläche und “projizierter Fläche”?
Fläche / tatsächliche Fläche
Die meisten Flügel sind nicht flach, sondern folgen einer Kurve. Das heisst, dass die Oberfläche nicht flach ist. Schauen wir uns die Definition einer “Oberfläche eines festen Objekts” and, so ist die Oberfläche ein Mass für die Gesamtfläche, die die Oberfläche des Objekts einnimmt [1]. Sprechen wir von der Fläche eines Flügels, so ist normalerweise die Fläche der Oberseite des Flügels gemeint.
Abb. Oberfläche eines Flügels
Flache Fläche / projizierte Fläche
Die projizierte Fläche ist die flache Fläche eines dreidimensionalen Objekts, wenn sie auf eine ebene Fläche projiziert wird. Hält man eine Lichtquelle gerade über einen Flügel, so bildet sich ein Schatten. Die Fläche dieses Schattens, ist die projizierte Fläche.
Abb. Projizierte Fläche
Nun wissen wir, welchen Bereich die verschiedenen Oberflächen beschreiben. Wir wissen daher auch, dass in den meisten Fällen die Oberfläche und die projizierte Fläche nicht gleich sind. Was können wir aber aus dem Unterschied folgern respektive ableiten?
Grundsätzlich gilt: Je größer die Differenz zwischen der Fläche und der projizierten Fläche, desto größer ist die Krümmung des Flügels – und damit in den meisten Fällen auch der Auftrieb.
Seitenverhältnis / Flügelstreckung
Bei der Beschreibung eines Flügels nennen die meisten Hersteller auch das sogenannte Seitenverhältnis (Englisch: “aspect-ratio”). Dabei ist das Seitenverhältnis/Flügelstreckung das Verhältnis zwischen der Spannweite und der Sehnenlänge des Flügels. Die Flügelspannweite ist dabei die Distanz zwischen den äusseren Flügelenden. Die Sehnenlänge ist der Abstand zwischen der Vorder- und der Hinterkante des Flügels.
Abb. Sehnenlänge eines Flügels
Bei einem rechtwinkligen Flügel ist die Sehnenlänge entlang des Flügels konstant. Bei den meisten Flügeln variiert die Sehnenlänge jedoch entlang des Flügels. Daher wird das Seitenverhältnis normalerweise durch die Division des Quadrats der Spannweite durch die Referenzflügelfläche berechnet.
Flügel mit niedrigem Seitenverhältnis sind normalerweise eher schmal und bullig, Flügel mit einem grossen Seitenverhältnis eher breit und kurzer Sehnenlänge.
Flügel mit einem kleinen Seitenverhältnis beschleunigen im Allgemeinen schneller, haben aber einen begrenzten Geschwindigkeitsbereich. Aufgrund ihrer geringen Spannweite tendieen sie mehr zum Rollen und haben eine weniger gute Gleitfähigkeit. Auf der anderen Seite beschleunigen Flügel mit einem grösseren Seitenverhältnis tendenziell weniger gut, haben aber einen größeren Geschwindigkeitsbereich und bessere Gleiteigenschaften. Aus der Pumpfoiler-Perspektive betrachtet (oder ein Wingfoiler, der während der Startphase einige Pumps macht), gibt es einen weiteren Vorteil von Flügeln mit einem grösseren Seitenverhältnis. Aufgrund der kürzeren Sehne eines Flügels mit einem grösseren Seitenverhältnis (im Vergleich zu einem Flügel mit kleinerem Seitenverhältnis) ist der Widerstand geringer, wenn der Winkel des Flügels während des Pumpens geändert wird. Daher werden für das Pumpfoilen im Allgemeinen Flügel mit höherem Seitenverhältnis bevorzugt.
Profil / Dicke
Bei der Diskussion von Fläche und projizierter Fläche haben wir bereits festgestellt, dass Flügel mit einem grösseren Unterschied zwischen tatsächlicher Fläche und projizierter Fläche eine grössere Krümmung aufweisen. Allerdings haben wir uns noch nicht mit der Dicke des Flügels befasst und welche generellen Aussagen man dazu treffen kann
Im Allgemeinen kann man sagen, dass Flügel mit einem dickeren Profil mehr Auftrieb erzeugen als ein dünnerer Flügel. Der höhre Auftrieb geht jedoch mit einem erhöhten Luftwiderstand einher. Ist man auf der Suche nach einem Flügel, welcher bereits bei niedrigen Geschwindigkeiten einen guten Auftrieb erzeugt, so entscheidet man sich besser für einen Flügel mit einem dickeren Profil. Mit einem solchen Flügel kommt man schneller “ins Fliegen”. Zusätzlich sind diese Flügel auch stabiler bei Änderungen des Anstellwinkels. Ist man jedoch auf der Suche nach einem tendenziell schnelleren Flügel, so sollte man sich für einen Flügel mit einem dünneren Profil entscheiden. Aufgrund des geringeren Widerstand können höhere Geschwindigkeiten erreicht werden. Dies jeoch im Kompromiss zu weniger Auftrieb bei tieferen Geschwindigkeiten sowie höherer Sensitivität auf Änderungen des Anstellwinkels.
Heckflügel / Stabilisator
Die Dimensionen, die wir uns angesehen haben, können eigentlich verwendet werden, um jeden Flügel zu beschreiben. Somit kann damit auch der Heckflügel beschrieben werden. Die Aufgabe des Heckflügels unterscheidet sich jedoch geringfügig von der Aufgabe des Vorderflügels.
Neben Heckflügel wird oft auch von Stabilisator gesprochen. Die Bezeichnung Stabilisator leitet sich dabei von der Funkion des Heckflügels beim Foil ab. Während die Hauptaufgabe des Frontflügels darin besteht, den Auftrieb zu erzeugen ist die Aufgabe des Heckflügels die Stabilisierung des Systems. Tatsächlich kannst man auch ohne Heckflügel foilen. Wenn Du es noch nie probiert hast, dann teste es mal. Du wirst sehr schnell merken, dass das System ziemlich instabil ist …
Der Heckflügel verleiht dem System horizontale Stabilität. Ein grösserer Heckflügel sorgt für mehr Stabilität, während ein kleinerer Heckflügel das System instabiler und agiler macht.
Bei der Betrachtung des Heckflügels sollte dieser immer in Kombination mit dem Rumpf/Fuselage und der Position des Heckflügels auf dem Rumpf/Fuselage betrachtet werden. Viele Hersteller bieten Rümpfe/Fuselages in unterschiedlichen Längen an und einige erlauben auch die Befestigung des Heckflügels an verschiedenen Positionen. Ähnlich wie bei der Größe des Heckflügels kann man auch hier schlussfolgern: Je kürzer der Rumpf/Fuselage (also je kleiner die Distanz zwischen Haupt- und Heckflügel), desto instabiler aber auch wendiger ist das Foil.
Zusammenfassung
Die Hauptabmessungen, die ein Foil beschreiben, sind die Fläche, die Dicke und das Seitenverhältnis des Flügels.
Es gibt einige Faustregeln, an die man sich halten kann:
- Je grösser und dicker ein Flügel ist, desto mehr Auftrieb erzeugt er
- Ein dickerer Flügel erzeugt mehr Auftrieb, hat aber auch mehr Widerstand und ist damit langsamer als ein dünnerer Flügel
- Je länger die Sehnenlänge, desto mehr Stabilität hat ein Flügel
- Flügel mit grösserem Seitenverhältnis haben tendenziell eine grössere Spannweite aber kürzere Sehnenlänge
- Flügel mit niedrigem Seitenverhältnis sind schmaler mit einer längeren Sehne
- Je kleiner der Heckflügel, desto agiler wird das System (weniger stabil)$
- Je kürzer der Abstand zwischen Haupt- und Heckflügel, desto wendiger wird das Foil (weniger stabil)