18.01.2006 Hydrodynamische Aspekte von Inuit Kajaks (Ausrüstung)

 

In der Zeitschrift SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT geht George B. Dyson in dem Beitrag:

 

„Das Kajak der Aleuten“

 

auf das Kajak des Aleutenvolkes im Nordpazifik ein, welches von den aus Sibirien kommenden Jägern und Händlern als „Baidarka“ bezeichnet wurde. „Dieses Kajaks waren ideal angepasst an die rauen Gewässer und weiten Entfernungen, welche die Aleuten zurücklegten. Insbesondere vereinigten sie einige ausgeklügelte Techniken, die den Wasserwiderstand verringerten und die Geschwindigkeit erhöhten.

 

Die folgenden Konstruktionsmerkmale werden hervorgehoben:

 

„Die Biegsamkeit der frühen Baidarkas beruhte zu einem guten Teil auf Lagerpfannen aus Walross-Elfenbein, die das Bootsgerüst wie künstliche Gelenke zusammenhielten. ...

Die meisten  Baidarkas besaßen segmentierte, dreiteilige Kiele. Die Abschnitte waren so miteinander verbunden, dass sich der Kiel frei dehnen und zusammenziehen konnte. Dadurch konnte sich das Kajak im Ganzen umgehindert biegen; nur die Steifigkeit des Bootsrandes schränkte diese Bewegungsfreiheit ein. ...

Plausibel – wenn auch nicht unumstritten – erscheint, dass die Flexibilität der Baidarkas unter bestimmten Umständen den Wasserwiderstand herabsetzen konnte. Oder anders formuliert: dass die Energie, die zum Wegdrücken entgegenkommender Wellen erforderlich ist, durch die Biegsamkeit des Bootes vermindert werden konnte. Anschaulich lässt sich dies nachvollziehen, indem man sich vorstellt, wie die Wellenenergie elastisch durch das Skelett eines Bootes hindurchfließt. Ein flexibles Kajak, das sich über eine wogende Oberfläche bewegt, schwingt in Übereinstimmung mit der Periode der Wellen. Der einfachste Schwingungsmodus ist dabei die vertikale Oszillation mit zwei Schwingungsknoten: Beide Kajakenden werden nach oben abgelenkt, während die Mitte nach unten schwingt – und umgekehrt. ...

Genauso gut aber könnten die Aleuten mit sämtlichen Maßnahmen, die der Erhöhung der Flexibilität ihrer Boote dienten, auch nur einem rein mechanischen Problem begegnet sein: ihre Kajaks vor dem Auseinanderbrechen in wilder See zu bewahren. Bei einer elastischen Konstruktion können punktuell entstehende Spannungen über das gesamte Boot abfließen. Auf diese Weise wurden die außerordentlich leichten Materialien dieser Fahrzeuge nicht überstrapaziert.“

 

„Die Schwingung des Bootes ist optimal an die Wellenperiode des Ozeans anzupassen. ... Aleutenkajaks führten Ballaststeine vorn und achtern im Boot mit. ... Es ist anzunehmen, dass der Ballast half, die Periode der Bootsschwingungen den Wellen anzupassen. Mit anderen Worten: Indem der Kanute die Lage deer Steine variierte, konnte er das „Hüpfen“ seines Bootes auf den Wellen verringern. Er passte dessen wellenförmige Bewegung der Frequenz der Wasserwellen an und sparte somit eigene Kräfte. Experimentell ist diese Hypothese allerdings bislang nicht überprüft worden.“

 

„Ob die elastische Haut der Baidarka ihre Geschwindigkeit steigerte, ist noch schwieriger zu entscheiden. Tierhaut besitzt eine nicht-lineare Elastizität .... Es bleibt die Vermutung, ob eine nachgiebige Haut die Reibung abschwächen kann, indem sie einen Teil der typischen Grenzflächen-Verwirbelungen bei turbulenter Strömung dämpft. Die meisten Untersuchungen hierzu betrafen U-Boote und prüften, ob eine nachgiebige Oberfläche den Übergang von laminarer (gleichmäßiger) zu turbulenter Strömung herauszuzögern vermag. Die Effekte waren allerdings bestenfalls gering.“

 

„Einmalig für Kajaks war an der Baidarka auch der gegabelte Bug. Bei den frühen Bootsformen sah dies aus wie ein weit geöffneter Mund. … (Später) ist vom Bug nur der obere Teil der Gabel zu erkennen; der untere verschwindet im Wasser. … Der „Mundwinkel“ des Kajaks lag genau auf Höhe der Wasseroberfläche. Spätre wurden Boote mit schmalerem Spalt gebaut, und der Bug krümmte sich nach oben.

Warum der Bug gabelförmig geteilt war, dazu kursieren zahlreiche Hypothesen. ... Über eine bestimmte Funktion herrscht aber auch Einigkeit. Der untere Bugteil schnitt wie ein Messer glatt durch das Wasser und verminderte dadurch Verwirbelungen. Der obere Teil sorgte ähnlich wie ein Wasserski für dynamischen Auftrieb; er verhindert, dass das Kajak mit der Spitze unter Wasser geriet.

In gewissen Fällen kann ein hervorstehender unterer Bug auch phasenauslöschende Wirkungen haben ... Einfach ausgedrückt, erzeugt ein bewegtes Objekt, das von oben auf eine Oberfläche drückt, eine Welle, die mit einem Wellenberg beginnt, während ein bewegtes Objekt, das von unten gegen die Oberfläche wirkt, eine Welle mit Wellental hervorruft. Am günstigsten ist es, wenn beide Wellensysteme einander auslöschen. ...

Vielleicht war der eigentliche Sinn des vorragenden unteren Bugs aber auch, den Rumpf des Bootes zu verlängern und ihm so unten schlankere Proportionen zu geben. Auch das verbessert die Fahreigenschaften. Die Fahrtgeschwindigkeit eines Bootes (sog. Rumpfgeschwindigkeit) ist proportional zur Quadratwurzel der Länge seiner Wasserlinie …Der Wellen verursachende Widerstand wächst mit der vierten Potenz des Quotienten aus größter Schiffsbreite und –länge. Der verlängerte untere Bug vergrößerte die Länge der Wasserlinie und führte somit zu einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit. Andererseits weist ein sehr schlanker Rumpf meist schlechte Fahreigenschaften bei Wellengang auf. Unter Umständen sollte der obere Bug der Baidarka gerade dies ausgleichen.“

 

„Diese Form wurde bei den späteren Modellen übernommen. Hier ist der Zweck offensichtlicher: Wenn ein Kanak durch das Wasser schneidet, wird die Wasseroberfläche vom Bug zerteilt, vom Rumpf verdrängt und schließlich hinter dem Boot wieder ins Gleichgewicht gebracht … Die Strecke, die das Wasser braucht, um in seinen schwerkraftbedingten Gleichgewichtszustand zurückzufinden, ist die Wellenlänge der Eigenschwingung einer Oberflächenwelle, die genau mit der Geschwindigkeit des Bootes wandert. Bei einer bestimmten Geschwindigkeit erzeugt das Kajak eine Welle, die seiner eigenen Länge entspricht. Unterhalb dieser Grenzgeschwindigkeit fließt das Wasser glatt am Rumpf entlang ins Gleichgewicht zurück, wobei der Weg des geringsten Widerstandes durch ein spitz auslaufendes Heck definiert ist. Bei höherer Fahrtgeschwindigkeit dagegen findet das verdrängte Wasser erst hinter dem Kajak ins Gleichgewicht zurück. Dadurch entsteht ein Sog, der das Boot nach unten zieht – umso stärker, je schneller es fährt.

Um diesen ungewünschten Effekt auszuschalten, muss der hintere Teil eines Hochgeschwindigkeitskajaks eine spezielle Form aufweisen: Der Längsschnitt sollte iner Kurve von der Länge einer Welle ähneln, die mit der Fahrtgeschwindigkeit wandert. Auch sollte der hintere Teil „Sehr abrupt“ abbrechen. … Moderne schnelle Motor- und Segelboote wiesen diese Heckform fast immer auf. Bei Kajaks findet sie sich dagegen selten; Baidarkas bilden hier die Ausnahme.“ (zwischenzeitlich gab es auch mal Wildwasser-Abfahrtsrennkajaks mit abgeschnittenem Heck)

 

Quelle: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT, Nr. Sept. 2000, S.76-83

Link: www.wissenschaft-online.de/abo/spektrum/archiv/5119 (kostenpflichtig)

Literatur:

Dyson,G.: Baidarka (Verlag: Alaska Northwest Publishing Company 1988) (216 S.)

Dyson,G.: Faszination Baidarka. Geschichte, Entwicklung und Wiedergeburt des Aleuten-Kajaks (1989, 228 S.)