Teil 1 der Serie über Polarthemen: Polarbären, -sterne, -diagramme, -raten, -zirkel und -lichter

Liebe Yacht-Leser,

heute, an diesem ruhigen Sonntagmorgen im stetigen Südostpassat, habe ich Lust auf ein sachliches Thema, ein Thema von größter Bedeutung für unseren Alltag hier: die Polare und die Polarrate.

Wie segeln wir hier im Passatwind? Wir haben keinen Konkurrenten in direkter Sichtweite, mit dem wir unsere Geschwindigkeitsleistung vergleichen könnten. Permanent stehen wir vor Wahlmöglichkeiten, was den Trimm angeht und permanent ändert sich der Wind etwas. Er schwankt hier zwischen 10 und 14 Knoten und 20 Grad in der Richtung. Wir segeln leicht geschrickt hoch am Wind. 14 Knoten bedeutet für uns vollen Ballast 1 und 2 und etwas geöffnetere, getwistetere Segel. 10 Knoten bedeutet zwei, drei Zentimeter dichter auf der Genuaschot und dem Traveller 15 cm weiter in Luv. Wenn wir bei diesen Anpassungen auf das Speedometer schauen, verändert sich natürlich die Geschwindigkeit. Da wir uns ja aber gerade an den sich ändernden Wind anpassen, sagt die absolute Geschwindigkeit wenig aus. Daher schauen wir sehr viel auf eine weitere Zahl, die Polarrate. Auf dem Display hier am Navitisch zeigt sie gerade 98 Prozent, jetzt 100 Prozent, jetzt 107 Prozent. Wir haben eine eigenartige Dünung aus Nord-West heran laufen, die uns alle paar Minuten einige Meter anhebt und krängt, zum Teil beschleunigt, zum Teil bremst. Von diesen Schwankungen müssen wir natürlich abstrahieren, sie gedanklich oder mit dem PC wegfiltern. So segeln wir also im Passatwind: Wir versuchen immer bei maximaler Polarrate zu segeln, wenn sie unter 90 sinkt, steigt Frustration in unsere Gesichter. Wenn wir 100 Prozent sehen, ist es Tabu, die Schoten zu berühren. Bloß nichts verändern!

Doch woher kommt dieser Wert? Unser Schiff ist sechs Jahre alt. In diesen sechs Jahren wurden 26 Polardiagramme für sie verfasst, beruhend auf realen Messungen beim Segeln. Das ist der eine Weg. Auf unserem Class40 hatten wir theoretisch errechnete Polare, die sehr exakt passten und sehr konsistent waren – doch zu Zeiten der Konstruktion dieses Schiffes bestanden die Rechnerleistungen noch nicht in dem Umfang, um Geschwindigkeitsvorhersagen zufriedenstellend zu berechnen. Außerdem ist das Schiff einer permanenten Evolution unterworfen, so dass es jetzt momentan bei keinem Architekten ein komplettes Modell des Schiffes griffbereit gäbe. Sie wurde zum Beispiel 2007 mit einem 2 Meter höheren Mast, mit Masttopp-Vorsegeln und einem anderen Kiel, anderen Rudern, Schwertern und größeren Ballasttanks versehen. Das Schiff ist heute deutlich schwerer, als im von Lombard konzipierten Originaltext.

Wir haben also gemessene Werte als Grundlage. Einen großen Teil der Arbeit an diesen Messungen geht auf Jean Luc Nelias zurück, der heute als Navigator für Groupama im Volvo Ocean Race arbeitet. Jean Luc ist neben Frank Camas und anderen einer derer, die maßgeblich zur Entwicklung von Adrena beigetragen haben, einer aus dem Regattasport heute nicht mehr wegzudenkenden Software, die auf allen Open60s, Volvos und Hochsee-Multies zum Einsatz kommt. Adrena ist für die Erfassung und Korrektion der Messdaten das ideale Werkzeug.

Ryan und ich haben also einen entscheidenden Trumpf seit Anfang des Projektes: präzise Leistungsdaten des Schiffes, die Datei Veolia25.pol und seit August Veolia26.pol – also das Polardiagramm Nummer 26 für unsere „Veolia“.

Es handelt sich im Grunde um eine simple, tabulatorgetrennte Tabelle mit Windwinkeln in den Zeilen und Windstärken in den Spalten. Man kann also für jede Windsituation in der Tabelle eine Soll-Geschwindigkeit finden. Insgesamt hat die Tabelle 1200 Werte, sie ist überdurchschnittlich feinmaschig angelegt. Eine Kuriosität: Sie enthält auch Werte für 60 Knoten Windgeschwindigkeit. So eine Tabelle ist natürlich vertraulich.

Um ein praktisches Beispiel zu geben: Wir befüllen unseren Ballast Nummer 2 und merken uns die Zeit. Dann gehe ich in Adrena auf einer Zeitachse entlang und markiere die 15 Minuten vor und die 15 Minuten nach dem Befüllen. Ich klicke dann auf „Analyse Speed Test“ und zack: Auf einen Blick sehe ich alle Durchschnitts- und Maximalwerte die ich haben will. In diesem Fall die durchschnittliche Polarrate vor und nach dem Befüllen und das Delta. Ergebnis: Unter 12 Knoten erzeugt Befüllen von Ballast 2 (eine Tonne Wasser) eine Verringerung der Polarrate von zwei Prozent. Ab 14 Knoten brauchen wir uns diese Frage nicht mehr zu stellen. Bei 13 Knoten ist es unentschieden.

So, nun noch ein kleiner Bonus für Freaks:

Um alles zu komplizieren, haben wir nicht nur eine Polare sondern zwei: Eine für die Leistungsmessung beim Trimmen, eine für das Wetterrouting. Es gibt zwei entscheidende Unterschiede: Die Leistungsmessung geschieht in Bezug auf den an Bord gemessenen Wind, das Routing in Bezug auf den vom Modell vorhergesagten Wind. Der Wind, den unsere Instrumente anzeigen, wird in 30 Metern Höhe gemessen, der Vorhersagewind ist aber der 10 Meter-Wind. Wir müssen hier also eine Gradienten einschätzen, den Windunterschied zwischen 10 und 30 Metern. Zweitens segelt unser Schiff nicht geradeaus. Aufgrund der Rumpfform segelt es bis zu 6 Grad „quer“ zur Mittschiffslinie, sprich die Vorausachse variiert mit der Krängung und der Stellung von Kiel und Schwertern. Des Weiteren haben wir natürlich Abdrift. Beide Werte verfälschen die Berechnung des „wahren“ Windes an Bord erheblich. Daher ist das Routing-Polar um einen durchschnittlichen Gradienten und Abdriftwerte je nach Windwinkel angepasst. Ist das alles relevant? Ja und Nein. Wichtig ist es, die Schwierigkeiten der Berechnung von wahrem Wind an Bord zu erahnen und daraus den Schluss zu ziehen, seinem seglerischen Feingefühl immer das nötige Gewicht gegenüber allen Messungen einzuräumen.

PS: Ein Polardiagramm ist rund, wegen der 360 Grad aus denen der Wind kommen kann. Also das mit der Serie überleg ich mir noch mal ;-) Wer kann hier Latein? Polar bedeutet “Kreis” oder “rund” oder so etwas, nehme ich an? Bitte die Kommentarfunktion nutzen!

Liebe Grüße

Boris

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13 Antworten auf Teil 1 der Serie über Polarthemen: Polarbären, -sterne, -diagramme, -raten, -zirkel und -lichter

  1. thomas sagt:

    und was is nun mit den eisbären?

  2. René sagt:

    Wahnsinn ! Mehr davon für uns Landnerds bitte… klasse Beitrag! Mast- und Schotbruch!

  3. silvi sagt:

    kommt von “polus” = Drehpunkt, Pol.

  4. Casimir sagt:

    Schön zu lesen, dass es trotz aller Software immer noch um die 2-3cm Schot hier und 15cm Traveller dort geht.
    Die Anzeige der Polarrate finde ich ziemlich motivierend. Mir bleibt meist nur der Blick auf das doch grobe Polardiagramm und dann das innere Fluchen über den fehlenden Speed im Vergleich zum Papierwert.

  5. Christian sagt:

    Hi,
    Das Polardiagramm bezieht sich auf die Darstellung polarer Koordinaten, also jeweils einem Datenpaar bestehend aus skalarem Wert und Winkel. In diesem Falle eben dem Kurs relativ zum TWA und dem Boatspeed. Im Gegensatz dazu bestehen (zweidimensionale) kartesische Koordinaten aus einer X und einer Y-Koordinate.
    Für eine ideale Kreuz wäre also der Punkt des Polardiagrammes mit dem maximalen Y-Wert der mit dem höchsten VMG nach Luv.
    Wenn man jetzt noch eine Koordinatentransformation beschreibt, könnte man das Polardiagramm zum beliebigen Sollkurs ausrichten -et voilá- bekäme man den optimalen VMG Winkel für den Sollkurs.
    Computer sollen sowas ja angeblich können ;-)

    Danke für die spannenden Einblicke!

  6. Patrick sagt:

    Ein Polardiagramm ist eine grafische Abbildung von Werten eines
    Poolarkoordinatensystems, also Werten welche in Form eines Winkels und eines Abstandes zu einem Pol (einem zentralen Drehpunkt) definiert werden. (im Gegesatz
    zu kartesichen Koordinaten x,y)

    Macht weiter so und danke dass wir dies dank der tollen Beiträge ein Stück weit miterleben können, euer Aequatorvideo z.B. ist der Hammer :) So und jetzt
    langsam den Blinker stellen und über Backbord in den Southern Ocean !

  7. StuArt sagt:

    Klasse Artikel. Sehr unterhaltsam geschrieben und trotz des unzugänglichen Inhalts verständlich – wenigstens für mich als überzeugten Nichtmathematiker :-D
    Mit Spannung erwarte ich den nächsten Teil über VMG und VMC .
    @Christian: kann man auch schön ohne Computer mit ein paar Blatt Transparentpapier machen :)

    fair winds

  8. Tobias sagt:

    Superinteressanter Einblick! Danke!
    Das heisst, dass man bei entsprechender Rechenleistung auch den Rechner permanent “trimmen” lassen könnte… den Wind in 10m könnte man ja auch messen.
    Ihr müsstest dann “nur noch” geniessen und -wie geschehen- die Stromversorgung reparieren … und Segel wechseln… und …
    Alles Gute !

  9. Pingback: Herrmann erklärt, wie "Neutrogena" in Fahrt kommt | SegelReporter

  10. Jürgen sagt:

    Dank Deiner Beschreibung kann man die Komplexität des Trimmprocederes klasse nachvollziehen und kann teilhaben… Weiter so!!! Viel Glück

  11. thomas sagt:

    ich fand’s mal begrenzt spannend. mich würde mal interessieren wie z.b. eine wende abläuft, schwenkkiel, ballasttanks, schwerter, hat der normalsegler ja auch eher weniger oft am bein.

  12. max sagt:

    Gut erklärt hat B H das nicht! Aber er kann ja damit umgehen.
    In einem Diagramm wird die gegenseiteige Abhängigkeit von Grössen anschaulich
    dargestellt, in einem auf flaches Papier gezeichnetem (zweidimensionalem) D. diejenige
    von 2 Gr. (der abhängigen von der unabhängigen). Das D. kann in ein Rechteck ein-
    gezeichnet sein (= 2 rechtwinklig aufeinander stehende Achsen, die eine (meist x) für
    die unabhg. Grösse, die andere (meist y) für die abhg.) oder auch in einen Kreis, wo
    die eine Achse ein Winkel ist (oben meist 0, dann rechts herum bis 360°), die andere
    der Abstand vom Mittelpunkt. Die Darstellungen sind gleichwertig, da beide durch
    Koordinatentransformation in einander überführt werden können, aber für die ver- schiedenen Zwecke unterschiedlich gut anschaulich; man wählt nach dem Zweck. Für
    ein Segelboot ist besonders die Abhängigkeit der Bootsgeschwindigkeit von der Windeinfallsrichtung interessant, zur Darstellung ist das Kreisdiagramm besonders
    anschaulich. Unter dem Namen Segelpolare wird “boatspeed v” gegen “Windrichtung”
    (bei konstanter Windstärke!) aufgetragen: es ergibt sich das bekannte herzförmige
    Bild (bei 0°=Wind von vorn ist speed=0, dann langsam bei 20-30° steigt speed an und
    geht über 90° zu grossen und bei ca. 140° zu max. Werten hoch und fällt bis 180° dann
    wieder ab. Auf der linken Seite des Diagramms darf man jetzt nicht weiterzählen,
    sondern wieder abwärts von 180 bis 0, auf Backbordseite also. Da die linke Seite zur
    rechten symmetrisch ist, wird sie in der Darstellung meist weggelassen; manchmal
    zeigen Messungen aber, dass dies nicht der Fall ist, weil das Boot nicht wirklich rechts/
    links-symmetrisch gebaut ist!
    Für verschiedene Windstärken braucht man verschiedene Diagramme, also mehrere
    Blätter oder eine etwas mühsame dreidimensionale Darstellung auf dem zweidimensio-
    nalen Papier.
    Bei der Datenaufnahme für die Darstellung geht man natürlich von idealenBedingungen
    (Segeltrimm, Bootstrimm, Welle usw.) aus, mit viel Aufwand kann evevtuell das Polar-
    diagramm auch mit Hilfe sehr komplexer Rechnerprogramme ermittelt werden.
    Wenn auf einem superausgestatteten Racer nun ernsthaft gesegelt wird, vergleicht der
    Navigator (oder gleich der Segelcomputer) ständig speed (ist) mit der aus dem aktu-
    ell anzuwendenden Polardiagramm erwartbaren speed(soll), d.h. ermittelt die Polar-
    Rate. Und wenn die unter 99% liegt, gibt’s wahrscheinlich Ärger!!!