Eine kleine technische Plauderstunde über Bootstypen, ihre Eigenschaften und den Antrieb

Die älteste klassische Bootsform ist der “Verdränger”. Durch die Fahrt wird vor dem Boot ein “Wasserberg” aufgeschoben und hinter dem Boot entsteht ein kleines Tal. Das Wasser strömt hinter dem Heck wieder zusammen. Dabei verursacht unser Boot eine Bug und eine Heckwelle und zwar je schneller wir fahren - umso größer werden sie. Die Größe hängt aber nicht nur vom Tempo sondern auch sehr wesentlich von Form und Stirnfläche und Tiefgang des Bootes ab.
So erzeugen einige Bootstypen lange flache Wellen, andere kurze und dafür höhere Wellen.
Eines ist allen gemeinsam, sie bremsen unsere Fahrt.

Auch wenn es anders aussieht, bei Wellengang bleibt das Wasser an seinem Platz. Es führt eine annähernd kreisförmige Bewegung aus. Wir unterscheiden die Amplitude A und die Wellenlänge L . Je größer die Wellenlänge ist, umso tiefer reicht die Welle und umso größer ist der Energieinhalt. Auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist sehr unterschiedlich. Kurze Wellen sind langsam, - lange tiefe Wellen schneller. Sehr lange Wellen wie sie z. B. von Erdbeben im Ozean ausgelöst werden können sich mit mehreren 100 km/h ausbreiten und sind dabei oft nicht einmal einen Meter hoch. Treffen sie dann auf flaches Wasser wird ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit abrupt verringert und sie steigen plötzlich wie aus dem Nichts meterhoch steil auf. 

Unser Verdrängerboot soll möglichst wenig Widerstand haben. Das heißt, die erzeugte Welle soll möglichst klein und dafür recht lang sein. Das erreicht man mit einem möglichst schmalen langen Bootskörper bei dafür größerem Tiefgang. Bekannt ist diese Bauweise bei sogenannten “Salonbooten”, sie sind in der Regel 12m lang, 2m breit und haben einen Tiefgang bis zu 1,1m.
Mit Motoren von nur 40 bis 60 PS laufen sie trotz beachtlicher Größe bis zu 25 km/h. Weitere Vertreter dieser Konzeption sind auch die meisten Segeljachten. Neben dem Widerstand durch die selbst erzeugte Welle gibt es noch Wirbel- und Reibungsverluste.
Die günstigste Form für einen Verdrängers ähnelt einer Kaulquappe, also vorn dick und rund und nach hinten auslaufend.
Aber nur wenige Boote folgen dieser Form. Das liegt zum einen daran, daß sie aufwändig in der Herstellung ist und dann sind ja auch noch überkommende Wellen und Seitenwind zu berücksichtigen.
Trotzdem muß man kritisch feststellen daß ein großer Teil der Sportboote und Yachten ein miserable geformtes Unterwasserschiff besitzen und dieser Mangel von den Werften mit reichlich PS “ausgeglichen wird. 

Das Bild zeigt eine typische Yacht dieser Gruppe in überzogener Vollgasfahrt. Bereits vor Erreichen der Rumpf- geschwindigkeit wird auf Grund der geringen Wassertiefe im Kanal mit reichlich PS ein Wellenberg von rund 0,8 m aufgetürmt, dabei beträgt der Geschwindigkeitszuwachs bestenfalls 3-4 km/h.
Deutlich sichtbar die für diese Geschwindigkeit ungeeignete Bugform, zu steil und schlecht geformt, selbst ein schräger Ponton würde besser laufen.
Übrigens überholt hier der Berliner Rowdie (B-AG-450) unser Boot mit ca. 16 km/h im Havelkanal ( 9 km/h erlaubt) nachdem er vorher unter einer Brücke bedrohlich dicht aufgefahren war und sich den Weg freigehupt hat.

Und damit sind wir bei einer sehr wichtigen Eigenschaft eines Bootskörpers, der “Rumpfgeschwindigkeit”. Im allgemeinen bezeichnet man damit die größtmögliche Geschwindigkeit welche noch in Verdrängerfahrt erreicht werden kann. Mit steigender Geschwindigkeit erhöht sich die erzeugte Wellenlänge, gleichzeitig rückt die Heckwelle näher an die Bugwelle heran.
Wenn dann Bug- und Heckwelle miteinander verschmelzen richtet sich das Boot steil auf, der Fahrwiderstand nimmt sehr stark zu.
Daher sind kurze Boote hier stark im Nachteil, aber auch das Verhältnis von Länge zur Breite und der Tiefgang haben Einfluß.
Eine einfache Berechnung kann nach folgender Formel erfolgen:  4,5 x SQR(LWL) = V  ; darin bedeuten LWL = Länge der Wasserlinie in Metern, V = Geschwindigkeit in km/h . Der Koeffizient 4,5 ist ein Mittelwert. Für schlanke tiefgehenden Boote kann er auf 5 bis 5,5 erhöht werden. Flachgehende kurze Gleitboote (Verhältnis Länge zu Breite < 3) laufen schlechter und man sollte nur einen Wert von etwa 4 annehmen.

In den dreißiger Jahren des vorigen Jahrhunderts begann die Entwicklung leistungsfähigerer Motoren und so tauchte auf den Gewässern zunehmend ein Bootstyp auf der nicht mehr schwimmt, sondern über die Wasseroberfläche gleitet. Wasser besitzt eine große Massenträgheit und setzt mit zunehmender Geschwindigkeit seiner Verdrängung einen höheren Widerstand entgegen. Geschwindigkeit, Flächenbelastung und Einsinktiefe stehen miteinander in einem festen physikalischen Zusammenhang. Da das Wasser in der kurzen Berührungsphase nachgibt fährt der Gleiter ständig “bergauf”.

Bevor unser Boot eine Geschwindigkeit erreicht bei welcher es gleitet, gibt es ein Problem. Es erzeugt nämlich bei niedriger Geschwindigkeit als Verdränger eine größere Welle und diese türmt sich als Hindernis vor dem Bug auf. Mit kräftigem Motorschub muß dieser “Berg” überwunden werden. Der Vorgang hat eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Durchbrechen der Schallmauer beim Flugzeug. Mit Hilfe einer Powertrim- einrichtung wird der Antrieb so verstellt, das der Schub das Boot am Heck zusätzlich anhebt (A). So kommt es leichter über den “Berg”. Später, bei höherer Geschwindigkeit kann man das Heck wieder mehr belasten, durch das angehobene Vorschiff wird dann der Gleitwiderstand vermindert.

Typisches Wellenbild bei Gleitfahrt. Bug- und Heckwelle löschen sich gegenseitig teilweise aus. Bereits wenige Meter neben der Kiellinie ist die flache Restwelle ausgerollt. Erhebliche Wellen werden lediglich in der Übergangsphase zwischen Gleit- und Verdrängerfahrt erzeugt.
Ziel der Bootskonstrukteure ist es diesen Übergang möglichst fließend zu gestalten. Das heißt die Rumpfgeschwindigkeit möglichst erhöhen, also langes Boot, und die niedrigste Gleitgeschwindigkeit herabsetzen, also auch noch besonders leichtes Boot.  Hier merken wir schon, daß sich unsere Ansprüche der berühmten eierlegenden Wollmilchsau nähern. Zumindest bei größeren Yachten läßt sich das aber durchaus realisieren wenn man genügend Euros in konsequenten Leichtbau investieren kann. Für die auf unseren Gewässern max. zugelassenen 25 km/h sollte ein Gleitboot nicht wesentlich schwerer als 120 kg je m² Bodenfläche sein. 

Die legendären Boote von Wax, hier ein Sprint Junior sind hinsichtlich Form und Fahreigenschaften auch heute noch Spitzenklasse. In Verdrängerfahrt buglastig getrimmt laufen sie  besser geradeaus als die vierfach größeren Plastschüsseln der bekannten Marke  B.
In engen Kurven gräbt sich das Boot ein, der hintere Teil der kurveninneren Bordwand liegt dann unter dem allg. Wasserspiegel was etwas gewöhnungsbedürftig ist.
die Wendigkeit dieser Bauart ist unübertroffen.  Mit ca. 60 PS motorisiert fährt sich der kleine Flitzer wie ein Jetski. Mit zwei Personen macht er locker 75 km/h.
Gut erkennbar der klassische Gleiterboden mit V-Kimmung und Stufen. Die Stufen bauen bei schnell gefahrenen Kurven außen ein zusätzliches Wasserpolster auf damit sich das Boot nicht überschlägt.  

Es fällt oft recht schwer zwischen Gleiter und Halbgleiter zu unterscheiden. Zum einen wird aus jedem Gleiter ein “Halbgleiter” wenn er überladen oder zu schwach motorisiert ist. In der Bauart gibt es aber doch Unterschiede. Für die Form eines Halbgleiters entschließt sich der Bootsbauer wenn er eine höhere Nutzlast benötigt und dennoch zumindest für kurze Zeit schneller als die Rumpfgeschwindigkeit fahren will.
Dazu wird (mit viel Motorpower) durch die Form des Bugs  eine Wasserschicht “abgeschält” und zur Seite geworfen. Die tragende Gleitfläche wird so in eine tiefere Wasserschicht verlegt um den hydrostatischen Auftrieb zusätzlich auszunutzen.

Der Bootsboden ist meistens glatt und besitzt nur eine geringe V-Kimmung. Wichtiges Merkmal ist aber ein bis zum Heckspiegel konstant abwärts gehender Verlauf. Im Gegensatz dazu steigt bei Verdrängern der Boden  Richtung Heck wieder deutlich an, bzw. das Boot wird schmaler.
Halbgleiter legen sich nicht wie Gleiter in die Kurve sondern neigen sich nach außen. Bei überzogener Kurvenfahrt können sie kentern. Oft wird der Ruderausschlag in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit begrenzt.