EIN RIEMEN AM HECK ARBEITET WIE EIN FLÜGEL

Kajaks, Kanus und Ruderboote stoßen das Wasser hauptsächlich über den Strömungswiderstand ab: Das Blatt wird durchs Wasser gezogen und für den Rückweg herausgehoben. Das Wriggen macht etwas anderes. Ein einzelner langer Riemen liegt in einer Kerbe oder Dolle am Spiegelheck, sein Blatt stets unter Wasser. Der Wrigger, meist nach hinten blickend, schwenkt den Griff von einer Seite zur anderen, die Hände zeichnen ein Unendlichkeitszeichen „∞“, während er den Riemen um seine eigene Achse dreht, um den Winkel des Blatts einzustellen. Die Technik wird in mehreren Teilen der Welt noch ausgeübt, war aber vor allem von Ethnologen und Biomechanikern untersucht worden. G. Roudaut (Verein Tud Yaouank Ar Mor, Lampaul-Plouarzel), B. Augier (IFREMER) und M. Rabaud (Universität Paris-Saclay und CNRS) machten sich daran, sie als ein Problem der Strömungsmechanik zu betrachten.

Ein Riemen voller Sensoren

Ihr Versuchsboot ist 4,74 Meter lang, 1,63 Meter breit und wiegt leer etwa 100 Kilogramm, mit einem langen, flachen Kiel – Wriggen funktioniert am besten mit einem recht schweren Boot mit Kiel, weil der Riemen das Heck abwechselnd nach links und rechts drückt. Der Kohlefaserriemen ist 3,62 Meter lang, mit einem ein Meter langen Holzblatt, dessen Querschnitt links-rechts-symmetrisch und ganz leicht gewölbt ist.

Messglieder erfassten die Kraft der Hände auf den Griff und die der Kerbe auf den Riemen. Zwei Bewegungssensoren verfolgten Riemen und Rumpf, und ein per GPS kalibriertes Flügelrad-Log maß die Geschwindigkeit. Weil der Riemen leicht ist, gleichen sich die Kräfte auf ihn nahezu aus, sodass sich der Druck des Wassers auf das Blatt aus den beiden gemessenen Kräften ableiten ließ. Zwei erfahrene Wrigger brachten das Boot jeweils auf ruhigem Wasser aus dem Stand auf die höchste Geschwindigkeit, die sie erreichen konnten.

Ein Flügel, dann ein Stoß

Der Schlag hat vier Phasen: ein Schwenk zur einen Seite, eine schnelle Drehung des Riemens, ein Schwenk zur anderen Seite, eine weitere Drehung.

• Während der Schwenks trifft das Wasser in kleinen Winkeln auf das Blatt und strömt glatt darüber. Das Blatt arbeitet wie ein Flügel, und der Auftrieb treibt das Boot an. Eine Rechnung Scheibe für Scheibe entlang des Blatts, mit einem gängigen Programm für Flügelprofile, ergibt in einem Moment einen Schub von 35 Newton, gegenüber 31 gemessenen Newton.
• Während der Drehungen steht das Blatt kurz quer zur Strömung. Gewöhnlicher Strömungswiderstand ergäbe nur 2 bis 10 Newton, das Team maß aber 20 bis 45. Der Unterschied ist die hydrodynamische Zusatzmasse (added mass): Das Blatt beschleunigt stark und muss ein Volumen Wasser mit sich in Bewegung setzen. Ihre Schätzung, etwa 70 Newton, reicht aus, um die gemessene Kraft zu erklären.

Alle vier Phasen schieben das Boot vorwärts, auch wenn der Schub zweimal pro Zyklus fast auf null sinkt. Bei 1,2 Metern pro Sekunde betrug der mittlere Schub 19,4 Newton. Die linke und die rechte Kante des Blatts wechseln sich als Vorderkante ab, was die Autoren im Vergleich zum Antrieb im Tierreich, wo Flossen und Flügel im Allgemeinen dieselbe Vorderkante behalten, als einzigartig bezeichnen. Im Nachlauf bilden die bei jeder Umkehr abgelösten Wirbel eine versetzte Straße, die Wasser nach hinten befördert.

65 % bei Reisegeschwindigkeit

Teilt man die an das Boot abgegebene Leistung durch die Leistung, die der Wrigger in den Riemen steckt, erhält man den Wirkungsgrad. Er steigt bei niedriger Geschwindigkeit, erreicht einen Höchstwert von 65 ± 5 % um 1,2 Meter pro Sekunde und fällt dann auf etwa 25 % um 2 Meter pro Sekunde. Zum Vergleich nennen die Autoren etwa 75 % für einen Schiffspropeller bei seiner Auslegungsgeschwindigkeit und für das beste klassische Rudern.

Bei hoher Geschwindigkeit gehen zwei Dinge schief, erklären sie. Um einen guten Winkel am Blatt zu halten, müssten sich die Hände schneller seitlich bewegen, als es für einen menschlichen Körper bequem ist. Und es wird schwer, den Riemen während der Drehungen schnell genug zurückzuziehen – man riskiert sogar, ihn aus seiner Kerbe zu heben. Gleichzeitig nähert sich der Rumpf selbst seiner kritischen Geschwindigkeit, bei der die Wellenbildung zum Hauptwiderstand wird: Die benötigte Leistung stieg über den getesteten Bereich auf das Zehnfache, und die Wrigger kamen trotz einer Leistung von etwa 300 Watt nicht schneller voran.

Raum für einen besseren Riemen

Das Team testete einen absichtlich steifen Riemen, um die Messungen einfach zu halten. Echte Wrigger bevorzugen oft etwas Biegsamkeit, und die Autoren vermuten, dass ein biegsames Blatt, ein längerer Riemen oder ein nach unten gewölbtes Blatt bei hoher Geschwindigkeit bessere Winkel halten könnten. Den idealen Riemen für ein Wriggboot zu entwerfen, schließen sie, „erfordert viele Kompromisse, darunter die vom Wrigger erzeugte Leistung“.