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Foiling vs. Floating; Die Unterschiede zwischen Tragflächenbooten und anderen Booten verstehen

Candela C 8 Tragflächenboot

Der Unterschied zwischen Tragflächenbooten und anderen Booten liegt im Auftrieb. Tragflächenboote erheben sich dank ihrer flügelähnlichen Strukturen über die Wasseroberfläche, was den Luftwiderstand drastisch verringert und die Geschwindigkeit erhöht. Dies steht im krassen Gegensatz zu herkömmlichen Booten, die unter Wasser bleiben und durch den Wasserwiderstand gebremst werden.

Lesen Sie weiter, wenn wir Ihnen das innovative Design von Tragflächen erklären und wie es sich auf alles auswirkt, von der Geschwindigkeit bis zur Kraftstoffeffizienz.

Was ist ein traditionelles Verdrängerboot?

Ein Verdrängerboot ist eine der ältesten Arten von Bootsrümpfen. Es bewegt sich durch das Wasser, indem es es zur Seite schiebt, im Gegensatz zu Gleitbooten, die auf dem Wasser fahren. Diese Boote sind für ihre Effizienz und geringere Geschwindigkeit bekannt. In der Schiffskonstruktion gibt es eine gängige Regel, die die Geschwindigkeit eines Verdrängerboots mit seiner Länge in Beziehung setzt, oft ausgedrückt als Rumpfgeschwindigkeit. Diese Schätzung gibt die Höchstgeschwindigkeit an, die ein Verdrängerrumpf effizient erreichen kann, ohne dass sich der Widerstand und der Kraftstoffverbrauch erheblich erhöhen. So kann ein 6-Meter-Boot etwa 6 Knoten erreichen, während ein 7-Meter-Boot knapp unter 7 Knoten fahren kann.

Über die Rumpfgeschwindigkeit hinaus erfordert eine höhere Geschwindigkeit deutlich mehr Leistung, die ineffizient wird, wenn das Boot die Heckwelle erklimmt, anstatt durch das Wasser zu gleiten. Ein charakteristisches Konstruktionsmerkmal vieler traditioneller Verdrängerboote sind ihre schmaleren und flacheren Rümpfe. Kanus und einige Ruderboote sind Paradebeispiele dafür. Sie profitieren von längeren Wasserlinien, die ihre Effizienz erhöhen.

Herkömmliche Verdrängerboote werden in der Regel mit herkömmlichen Antriebsmethoden wie Paddeln, Rudern und Segeln angetrieben, können aber auch motorgetrieben sein. Beispiele sind die meisten Segelboote, Lastkähne, Hausboote und andere langsam fahrende Schiffe.

Beispiele für Gleitboote

Gleitmotorboote gibt es in verschiedenen Formen und Größen, die jeweils auf einen bestimmten Zweck zugeschnitten sind. Sie sind mit unterschiedlichen Motoren für Freizeit und Gewerbe ausgestattet. Wenn ein Gleitboot beschleunigt, drückt sein flacher oder halb V-förmiger Rumpf das Wasser nach unten. Nach dem dritten Newton'schen Gesetz (für jede Aktion gibt es eine gleich große und entgegengesetzte Reaktion) erzeugt diese Aktion eine nach oben gerichtete Kraft, die den Rumpf über die Wasseroberfläche hebt.

Dieser Mechanismus ermöglicht es dem Boot, mit höherer Geschwindigkeit zu fahren als ein Verdrängerboot. Allerdings ist dafür auch eine erhebliche Menge an Energie erforderlich. Ein 25-Fuß-Motorboot verbraucht beispielsweise 15 Mal mehr Energie pro Meile als ein normales Auto. Gleitboote wurden erst populär, als nach dem Zweiten Weltkrieg leistungsstarke Automotoren für die Schifffahrt angepasst wurden. Heute dominiert dieser Bootstyp den Markt und reicht von Fischerbooten über Kreuzfahrtschiffe bis hin zu Rennbooten.

Der schnelle Transport auf dem Wasser mit seinem hohen Energiebedarf gehört zu den umweltschädlichsten und teuersten Transportmitteln der Erde.

Erforschung der Grundlagen der Tragflächentechnologie

Die Tragflächenboot-Technologie ist nicht neu. Tragflächenboote vereinen einige der besten Aspekte von Verdränger- (Effizienz) und Gleitbooten (Geschwindigkeit). Sie funktionieren jedoch nach einem einzigartigen Prinzip, mit dem sie eine höhere Effizienz und Geschwindigkeit erreichen.

Ihre Wurzeln reichen bis ins frühe 20. Jahrhundert zurück, als Erfinder wie Alexander Graham Bell und Casey Baldwin mit oberflächenstechenden Designs experimentierten. Während des Zweiten Weltkriegs nutzten die Streitkräfte mehrerer Nationen experimentelle Tragflächenboote wegen ihrer Geschwindigkeit und Wendigkeit. In der Nachkriegszeit fanden Tragflächenboote in verschiedenen Bereichen Anwendung, vom Militär bis zum Wassersport.

Hässliches Entlein von Dr. Alexander Graham Bell
Hässliches Entlein von Dr. Alexander Graham Bell

Das Geheimnis ihrer Effektivität liegt unter dem Wasser. Tragflächenboote erzeugen bei der Beschleunigung eine nach oben gerichtete Kraft, die das Gewicht ausgleicht und den Rumpf über das Wasser steigen lässt. Das verringert den Luftwiderstand und ermöglicht es dem Boot, hohe Geschwindigkeiten zu halten. Dieses Prinzip der Strömungsdynamik, das dem Startmechanismus eines Flugzeugs ähnelt, unterscheidet Tragflächenboote von ihren herkömmlichen Gegenstücken.

Die Fahrgäste in Tragflächenbooten erleben deutlich weniger Lärm und Vibrationen, was die Fahrt komfortabler und weniger störend macht.

Vergleich von Rumpfkonstruktionen

Hydrofoil-Bootsrümpfe verringern den Wasserwiderstand erheblich und ermöglichen höhere Geschwindigkeiten im Vergleich zu herkömmlichen Bootsrümpfen. Große herkömmliche Verdrängerboote schneiden durch das Wasser, während kleinere Freizeitboote die Rumpfform und die Motorleistung nutzen, um sich teilweise selbst anzuheben und so den Widerstand zu verringern.

V-förmige Rümpfe sind so konstruiert, dass sie raue Gewässer besser bewältigen als Rümpfe mit flachem Boden, da sie durch die Wellen schneiden. Dies sorgt für mehr Fahrkomfort bei höheren Geschwindigkeiten.

Tragflächenprofil-Design: Verschiedene Foil-Konfigurationen und ihre Platzierung in Booten

Die Formen von Tragflächenbooten haben sich im Laufe der Zeit verändert. Bei den Tragflächenkonstruktionen der frühen 1900er Jahre, die vom italienischen Ingenieur Enrico Forlanini entwickelt wurden, kamen vor allem Tragflächen mit Leiterrahmen zum Einsatz. Sie ahmten die Form einer Leiter nach und ermöglichten es dem Boot, proportional zur Geschwindigkeit Auftrieb zu erzeugen. Leiterrahmenkonstruktionen wurden im Laufe des 20. Jahrhunderts in einigen militärischen Prototypen und anderen Anwendungsfällen eingesetzt, setzten sich aber nie durch.

Hydrodrom HD4 von Alexander Graham Bell
Leiterrahmen Hydrodrome HD4 von Alexander Graham Bell

Tragflügelboote variieren in Form und Größe und werden hauptsächlich in zwei Familien eingeteilt: V- und T-förmige Foils. V-förmige Foils bilden im Allgemeinen eine V- oder U-Form unter der Breite des Bootes, um die Wasseroberfläche zu durchstoßen und sich über die Wasseroberfläche zu erheben, wenn das Foil getragen wird. Dies ermöglicht eine Selbststabilisierung bei der Rollbewegung.

T-förmige Tragflächen sind vollständig unter Wasser und haben in der Regel eine horizontale Tragfläche anstelle der gekrümmten Tragfläche, die bei V-förmigen Tragflächen zu sehen ist. Dadurch werden sie weniger von der Wellenbewegung beeinflusst und sind daher auf See stabiler. Sie sind auch effizienter, da sie weniger Widerstand verursachen. T-förmige Tragflächen sind jedoch nicht selbststabilisierend. Der Anstellwinkel der Tragflächen muss ständig an die sich ändernden Bedingungen angepasst werden. Dies erfordert den Einsatz von Sensoren und Bordcomputern. Das elektrische Tragflächenboot Candela C-8 macht sich diese Technologie zunutze.

Zwei Hauptfehler von Tragflächenbooten

Innerhalb dieser beiden Familien gibt es viele verschiedene Varianten und Designs für unterschiedliche Zwecke. Die Segelboote der America's-Cup-Klasse verwenden verschiedene Designs, um die Drehfreudigkeit, Geschwindigkeit und Stabilität zu verbessern, während bei Freizeitbooten oft Konstruktionen im Vordergrund stehen, die das Seeverhalten und den Komfort verbessern.

Unterschiedliche Folienkonfigurationen und ihre Platzierung in Booten

Manuelles und automatisches Einfahren des Tragflächenboots sind bei modernen Tragflächenbooten immer häufiger anzutreffen und bieten den Kapitänen mehr operative Flexibilität. Dies ermöglicht auch eine einfachere Wartung und weniger Sorgen über Riffe und flache Bereiche. Boote wie die C-8 sind ein Beispiel für diese Einziehfunktion.

Leistungsvorteile von Tragflächenbooten gegenüber konventionellen Schiffen

Foilboote erreichen aufgrund ihrer Effizienz auch in kabbeligen Gewässern höhere Geschwindigkeiten und eine bessere Leistung im Vergleich zur Motorleistung. Durch die Verringerung des Luft- und Wasserwiderstands um bis zu 80 % ermöglichen Tragflächenboote höhere Geschwindigkeiten und verbessern die Stabilität bei Wellengang.

Diese Verringerung des Luftwiderstands sorgt für einen reibungsloseren und effizienteren Betrieb und macht Tragflächenboote für die Navigation unter verschiedenen Wasserbedingungen überlegen.

Erreichen einer höheren Reisegeschwindigkeit

Einer der Hauptvorteile von Tragflächenbooten ist ihre Fähigkeit, bei rauem Wetter höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, da sie einfach über die Wellen fliegen. Aus diesem Grund leisteten die USA und andere Marinen Pionierarbeit bei der Verwendung von Tragflächenbooten in T-Form, was zu schnellen Patrouillenbooten wie der Pegasus-Klasse führte, die eine Geschwindigkeit von 48 Knoten erreichen konnten. Tragflächenboote sind in der Lage:

  • Abheben über die Wasseroberfläche mit einer Geschwindigkeit von 11-22 Knoten je nach Tragflächenprofil und anderen Faktoren
  • Erreichen und Beibehalten höherer Geschwindigkeiten als bei konventionellen Booten, bei gleicher Leistung
  • Beibehaltung der Höchstgeschwindigkeit auch bei nicht idealen Seebedingungen
  • Deutliche Verringerung des Luftwiderstands

Diese Technologie ermöglicht es Tragflächenbooten, einschließlich der schnellsten Seriensegelboote, sich durch ihre Geschwindigkeit und Effizienz auszuzeichnen.

Abnehmender Widerstand

Wenn herkömmliche Gleitboote beschleunigen, erhöht sich der Luftwiderstand an ihren Rümpfen aufgrund der größeren Wasserverdrängung und Oberflächenreibung. Da Tragflächenboote sich über die Wasseroberfläche erheben, kann eine Erhöhung ihrer Geschwindigkeit den gegenteiligen Effekt haben: Sie werden bei hohen Geschwindigkeiten effizienter als bei langsamen Verdrängungsgeschwindigkeiten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Rumpf nur minimalen Kontakt mit dem Wasser hat, was eine geringere Reibung und damit einen geringeren Widerstand zur Folge hat. So können Tragflächenboote mit hoher Geschwindigkeit fahren und verbrauchen dabei weniger Energie, was sie wirtschaftlicher macht und ihnen ein ruhigeres Fahrverhalten verleiht.

Senkung des Kraftstoffverbrauchs

Tragflächenboote bieten erhebliche Vorteile in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz:

  • Geringerer Luftwiderstand, was zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führt
  • Bis zu 80 % weniger Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Booten

Zunehmende Stabilität

Tragflächenboote, insbesondere voll versenkte Varianten, können die Stabilität eines Bootes deutlich erhöhen. Da der Rumpf des Bootes weniger Kontakt mit den Wellen hat, reagiert es weniger auf die Wellenbedingungen. Insbesondere kontrollieren Tragflächenboote Heben, Rollen, Stampfen und Gieren.

Teilweise eingetauchte V-Folien bleiben in der Rollbewegung stabil und halten die Flughöhe automatisch. Voll eingetauchte Folien hingegen erfordern ein aktives Steuersystem zur Stabilisierung.

Praktische Anwendungen von Tragflächenbooten

Die Hydrofoil-Technologie wurde bereits in der Vergangenheit eingesetzt und dürfte sich aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit und Effizienz weiter durchsetzen.

Militär:

Während des Kalten Krieges wurde die Tragflügeltechnologie aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit, Geräuscharmut und Stabilität für Militärschiffe erforscht. Die Vereinigten Staaten und die Sowjetunion investierten stark in die Tragflügeltechnologie, was zu Schiffen wie der Boeing Pegasus-Klasse und der sowjetischen Sarancha-Klasse führte. Diese Boote waren wendig und hatten eine höhere Durchschnittsgeschwindigkeit als andere Schiffe, während sie gleichzeitig ein besseres Seeverhalten aufwiesen.
Obwohl viele dieser Schiffe in den 60er bis 80er Jahren in Dienst gestellt wurden, sind heute nur noch wenige im Einsatz. Die Schiffe der italienischen Sparviero-Klasse dienten sowohl der italienischen Marine als auch den japanischen Maritimen Selbstverteidigungskräften. Auch einige ehemalige sowjetische Schiffe sind noch in verschiedenen modernen Ländern im Einsatz.

Sport:

Im Laufe der Jahre sind Tragflächenboote im Wassersport immer beliebter geworden, insbesondere bei denjenigen, die eine höhere Geschwindigkeit anstreben. Tragflächenboote haben häufig den Geschwindigkeitsweltrekord auf dem Wasser gehalten, wobei die Vestas Sailrocket von Paul Larsen derzeit den Geschwindigkeitsweltrekord im Segeln hält.

Freizeit und kommerzielle Aktivitäten:

Hydrofoiling wird in zunehmendem Maße kommerziell und in der Freizeit genutzt, insbesondere bei Surfbrettern, sogar bei elektrischen, die das Surfen auf ruhigen Gewässern ermöglichen. Der expandierende Markt umfasst auch E-Wasserfahrräder, mit denen man über das Wasser radeln kann, und Kajaks mit Tragflächenantrieb für höhere Geschwindigkeiten, die ein neues Wassererlebnis bieten.

Andererseits hat die Tragflügelboot-Technologie auch im Seeverkehr Einzug gehalten. Sie eignet sich beispielsweise gut für Fährdienste, bei denen es auf hohe Geschwindigkeit und guten Komfort ankommt. Elektrische Tragflächenfähren wie die Candela P-12 bieten mehr Stabilität, Effizienz, eine größere Batteriereichweite und höhere Geschwindigkeiten im Vergleich zu Fähren ohne Tragflächen. Touristische Ziele wie Süditalien, die auf den Tourismus angewiesen sind, nutzen Tragflügelboote, um eine schnellere Alternative für Fahrten zwischen den Küstenorten zu bieten.

Navigation in flachen und tiefen Gewässern

Tragflächenboote haben einzigartige Fähigkeiten für die Navigation unter verschiedenen Wasserbedingungen:

Navigation im flachen Wasser:

Moderne Tragflächenboote können in flachen Gewässern effektiv navigieren, indem sie ihre Tragflächen ausfahren und so die Gefahr des Auflaufens verringern. Die Foils können eingezogen werden, um unter diesen Bedingungen Schäden zu vermeiden, so dass ein sicherer Betrieb auch ohne tiefes Wasser möglich ist.

Tiefwasser-Effizienz:

In tiefen Gewässern fahren moderne Tragflächenboote ihre Foils vollständig aus. Dieser nahtlose Übergang zwischen flachen und tiefen Gewässern ermöglicht modernen Tragflächenbooten den Zugang zu Häfen und eine einfache Wartung ohne die Einschränkungen, denen ihre älteren Pendants mit festen Tragflächen ausgesetzt sind.

Die Zukunft des Bootfahrens: Fortschritte bei den Tragflächenbooten

Die Zukunft der Schifffahrt sieht mit den Fortschritten in der Tragflügeltechnologie vielversprechend aus. Die maritime Industrie stellt sich vor, dass die Tragflügeltechnologie aufgrund von Energieeinsparungen und Geschwindigkeitssteigerungen zum Standard für alle Schiffe, einschließlich Fähren, wird.

Das Wachstum des Tragflächenbootsmarktes wird die Verfügbarkeit und Erschwinglichkeit für Freizeit- und gewerbliche Nutzer erhöhen. Die elektrische Tragflächenboot-Technologie, die von Unternehmen wie Candela vorangetrieben wird, entwickelt sich zu einem wichtigen Trend in der Bootsbranche. Durch die Nutzung von elektrischer Energie können Tragflächenboote hohe Geschwindigkeiten erreichen und gleichzeitig keine Emissionen erzeugen. Dies minimiert ihren Kohlenstoff-Fußabdruck und verringert die Umweltbelastung. Elektrische Antriebssysteme sind außerdem leiser als herkömmliche Motorboote und stören die Meeresbewohner weniger.

Abwägung der hohen Kosten gegen den Nutzen

Wenn man in ein Tragflächenboot investiert, muss man die Kosten berücksichtigen. Die Fahrpreise für Tragflächenboote sind in der Regel höher als die für herkömmliche Fähren, was auf den Kraftstoffverbrauch zurückzuführen ist, insbesondere bei turbinengetriebenen Tragflächenbooten wie dem Boeing 929 Jetfoiler. Die Fahrgäste finden jedoch, dass der höhere Preis durch die kürzeren Fahrzeiten und den höheren Komfort im Vergleich zu herkömmlichen Fähren gerechtfertigt ist. Mit effizienten, elektrisch betriebenen Foiling-Fähren wie der Candela P-12 würden die Betriebskosten sogar deutlich sinken, anstatt zu steigen.

Erstinvestition und langfristige Einsparungen

Tragflächenboote erfordern eine Anfangsinvestition, da sie häufig mit Carbon-Frontfolien, Rümpfen und Decks ausgestattet sind. Sie bieten jedoch langfristige Betriebskosteneinsparungen durch Energieeffizienz und geringeren Wartungsaufwand. Der Kaufpreis des elektrischen Tragflächenboots Candela C-8 beispielsweise beginnt bei 330.000 € ohne Sonderausstattungen. Da die Betriebskosten um 95 % niedriger sind als bei Booten, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, sparen die Käufer Tausende von Kraftstoffkosten, was ein langfristiges Einsparpotenzial bietet.

Design und Ästhetik: Die Kunst der Tragflächenboote

Foiling-Boote zeichnen sich durch ihre Funktionalität und Nachhaltigkeit aus. Ihr Design reicht von der sowjetischen Raketas-Ästhetik der 1950er Jahre bis hin zu schnittigen, modernen Designs, die fortschrittliche Technologie widerspiegeln. Diese Designs ähneln oft Rennwagen oder Düsenjägern und betonen einen futuristischen Look, der mit Geschwindigkeit und Effizienz einhergeht.

Viele moderne Tragflächenboote verwenden Kohlefaser, um ein geringes Gewicht und eine steife Struktur zu erreichen.

Schlussfolgerung

Der Markt für Freizeit- und kommerzielle Passagier-Tragflächenboote ist noch jung, und viele Unternehmen beginnen, diese Produkte anzubieten. Viele von ihnen sind auch elektrisch angetrieben, da die erhöhte Effizienz nun eine große Leistung mit einer angemessenen Batteriegröße ermöglicht. Zum ersten Mal stellen Tragflächenboote herkömmliche Rumpfkonstruktionen in Frage.

Tragflächenboote sind nicht in jeder Kategorie erhältlich. Bei Motorbooten der gehobenen Klasse bieten sie jedoch eine vergleichbare Leistung wie herkömmliche Gleitboote, jedoch mit deutlich niedrigeren Betriebskosten, die aufgrund ihrer Effizienz etwa 95 % niedriger sind.

Häufig gestellte Fragen

Wie erreichen Tragflächenboote hohe Geschwindigkeiten?

Sie erreichen hohe Geschwindigkeiten, indem sie mit Unterwasserflügeln oder Hydrofoils Auftrieb erzeugen. Dadurch wird der Rumpf über die Wasseroberfläche gehoben und der Luftwiderstand verringert, wodurch das Boot höhere Geschwindigkeiten erreichen kann.

Was macht Tragflächenboote sparsamer?

Foilboote sind aufgrund des geringeren Luftwiderstands der Hydrofoils kraftstoffeffizienter. Dies führt zu höheren Geschwindigkeiten und einer Reduzierung des Kraftstoff-/Energieverbrauchs um bis zu 80 %.

Wie sorgen Tragflächenboote für eine sanftere Fahrt?

Dies geschieht, indem der Rumpf über die Wasserlinie angehoben wird, wodurch Wellen und Turbulenzen reduziert und der Komfort für die Passagiere verbessert wird. Dadurch entsteht auch nur eine minimale Heckwelle, was zu einer ruhigen Fahrt mit geringerer Beeinträchtigung der Meeresumwelt führt.

Sind Tragflächenboote vielseitig?

Ja, sie sind vielseitig und können in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, von Fährdiensten bis zur Fischerei, wobei sie sowohl in flachen als auch in tiefen Gewässern problemlos navigieren.

Sind Tragflächenboote teuer?

Da Foiling-Boote häufig aus Kohlefaser hergestellt werden und über fortschrittliche Foil-Control-Systeme verfügen, gehören sie zur Premium-Kategorie des Bootssports. Einmal gekauft, bieten sie jedoch langfristige Kosteneinsparungen durch Treibstoffeffizienz und geringeren Wartungsaufwand. Der Kaufpreis der Candela C-8 beispielsweise beginnt bei 330.000 Euro, ohne Sonderausstattungen. Eine volle Batterie, die für mehr als 50 Seemeilen reicht, kostet jedoch nur etwa 10 Euro. Ein herkömmliches Gleitboot mit zwei Außenbordern würde für die gleiche Strecke 200 Euro kosten - also 20 Mal teurer im Betrieb.

Dekoratives Bild der Candela P 12