Die Zugkraft eines Drachens

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Ein wichtiges Thema, besonders für Einleiner. Denn die Wahl der falschen Leine oder eines zu schwachen Bodenankers kann schwere Unfälle verursachen, ganz abgesehen vom Verlust des Drachens. Die nachstehende Tabelle hilft dem Piloten, sich die an seinem Drachen wirkenden Kräfte ungefähr vorzustellen.


Die Tabelle zeigt links die Windstärke in Bft (Beaufort) sowie die entsprechende Windgeschwindigkeit in m/s und in km/h, dann die statische Windkraft auf 1 qm Segelfläche, senkrecht im Wind stehend, z.B. einen 1,2m-Rokkaku beim Start. Ganz rechts die dynamische Windkraft bei schneller Bewegung des Drachens quer durch das Windfenster. Diese Bewegung steigert die Zugkraft erheblich, weil das Segelprofil des Drachens wie das Tragflächenprofil eines Flugzeugflügels zusätzlichen Auftrieb verursacht, der mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ansteigt. So kann je nach Profil etwa das Vierfache der statischen Windkraft erreicht werden. Alle Kraftangaben in Newton (10 N = 1kp = 1 dN).
 

Windstärke

in Bft

Windgeschwindigkeit

in m/s (km/h)

Windkraft statisch

in N/qm

Windkraft dynamisch

in N/qm

1 1,5 (5) 1,5 6
2 3,3 (12) 7,2 29
3 5,4 (19) 19 76
4 7,9 (28) 41 164
5 10,7 (38) 76 304
6 13,8 (50) 126 504
7 17,1 (62) 193 772
8 20,7 (75) 238 1132
9 24,4 (88) 393 1576


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hierzu ein Beispiel:


Ein Rokkaku mit 1,6 m Höhe hat etwa 2 qm Segelfläche. Bei 2 Bft Windstärke zieht er beim Start senkrecht gegen den Wind stehend entsprechend Tabelle mit etwa 2 x 7,2 N= 14,4 N Zugkraft an der Leine. Beim Aufstieg verursacht die zunehmende Geschwindigkeit ein Anwachsen der Kraft, aber gleichzeitig wird die wirksame Segelfläche kleiner, was die Zugkraft vermindert. Ganz oben am Himmel steht der Drachen so schräg zum Wind, daß die wirksame Segelfläche nur noch 1 qm beträgt, deshalb zieht er dort nur noch 7,2 N.
Eine plötzliche Bö von 6 Bft kann jedoch gefährlich große Kräfte bewirken. Zunächst erhöht sie die Windkraft nur auf 126 N, jetzt kann man die Leine nur noch mit Handschuhen halten. Das Gestänge verbiegt sich unter dieser Last, der Drachen ändert seine Geometrie, er kann instabil werden und zu rotieren beginnen. Je schneller er dreht, umso "besser" wird sein Profil, umso schneller dreht, und umso stärker zieht er. So kann die Zugkraft 504 N erreichen. Die Kreise werden immer größer, in Bodennähe jagt der Drachen quer durch das Windfenster. Dort wird fast seine ganze Segelfläche wirksam und die bringt dann 2 x 504 N auf die Leine, also etwa 100 Kilopond.

Lenkdrachenflieger kennen das, für die sind zwei 100-Kilo-Leinen für 1,5 qm Drachen bei Starkwind ganz normal. Einleinerpiloten stehen ungläubig staunend daneben, wenn der kleine Drachen unseren stärksten Kumpel durch den Dreck zerrt. Für den Bodenanker unseres Einleiners sind 100 Kilo vielleicht schon zu viel. Manche Freunde haben ein 10 qm-Teil, das zieht bei einer 8 Bft-Bö mit 10 x 1132 N an der Leine, das entspricht dem Gewicht eines Kleinwagens. Am schlimmsten wirken sich die dynamischen Kräfte bei den perfekt optimierten Tragflächenprofilen großer Matten und Parafoils aus. Solche Profile erhöhen die Auftriebskraft bei gleicher Wind- oder Fluggeschwindigkeit im Vergleich zu einem Flachdrachen bis auf den dreifachen Wert
(siehe hierzu den Versuch in http://www.planet-schule.de/warum/fliegen/themenseiten/t4/s1.html ).

Wer einen großen Drachen fliegt, muss der durch starke Böen entstehenden Gefahr durch Auswahl der entsprechenden Leine und eines soliden, fest im Boden stehenden Ankers vorbeugen. Auch zwei oder mehrere sinnvoll angeordnete Anker können nötig sein. Die größte Gefahr entsteht dann, wenn ein Anker ausreißt und vom Drachen an der langen Leine über die Wiese geschleift wird. Aber auch ohne das Gewicht des ausgerissenen Bodenankers kann eine schwere Leine den Drachen in Flugposition halten und hierdurch kilometerweit über Landschaft und Straßen geschleift werden. Auch das wäre gefährlich für Menschen und Verkehr. Darum finde ich den Vorschlag, die Leine im Notfall per Messer oder Panikhaken zu entlasten, nicht sehr gut. Ich würde eher eine Sollbruchstelle im Gestänge vorsehen, die bei Überlastung bricht, danach kann ich den Drachen leicht herabziehen. Es gibt auch den Vorschlag, mit dem Drachen eine zweite, dünnere Leine in die Höhe zu ziehen, die ähnlich wirkt wie die Bremsleinen einer Lenkmatte. Mit dieser Leine könnte man den Drachen in eine neutrale Fluglage bringen, so dass er von selbst zu Boden flattert.

Die Nenn-Reißfestigkeit der Leinen sollte doppelt bis dreifach so groß sein wie die zu erwartenden Spitzenkraft. Denn schon ein schlechter Knoten am Bodenanker halbiert die Reißfestigkeit der Leine. Besonders mörderisch wirken Knoten in Kevlar-Leinen. Auch das Alter mindert die Festigkeit der Leinen. Nach zwei Jahren hat eine PE-Leine (z.B. Spectra) nur noch 90% Reißfestigkeit und die wegen ihrer größeren Dehnung von Einleinerpiloten bevorzugte PA-Leine (z.B. Nylon) hat nach zwei Jahren nur noch 70%. Kevlar-Leinen sind sehr UV-empfindlich, sie altern im Sonnenlicht. Strandflieger wissen, feiner Flugsand ist ein böser Leinenkiller. Man sieht den urlaubsgeschädigten Schnüren ihren geschwächten Zustand nicht an.

Zur richtigen Auswahl und Befestigung des Bodenankers oder von zwei oder drei Bodenankern gibt es gute Beiträge im Forum Drachenforum.net.

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Dieser Aufsatz ist zuerst erschienen im Januar 2003 im Drachenforum.net. Er wurde überarbeitet im Januar 2011.

Hermann Reincke