Wie funktioniert ein Schwimmer?

Der Schwimmer hat zwei Hauptaufgaben: Zum einen soll er das Flugzeug im Stillstand über Wasser halten und dabei ausreichend Stabilität gegen Kentern bieten und zum anderen soll er den Startvorgang so begünstigen, daß das Flugzeug den beachtlichen Wasserwiderstand überwinden kann.

Während des Starts bewegt sich der Schwimmer durch zwei wesentliche Phasen: die Verdrängerfahrt und das Gleiten.
In der Verdrängerfahrt ist der Wasserwiderstand recht groß und das Flugzeug benötigt viel Antriebsleistung, um voran zu kommen. Wird die Geschwindigkeit erhöht, schiebt sich der Schwimmer auf das Wasser und fängt an zu gleiten wobei der Wasserwiderstand drastisch abnimmt und es dem Flugzeug ermöglicht weiter Fahrt aufzunehmen, um schließlich abzuheben.

Entscheidend für die Abnahme des Wasserwiderstands im Gleiten ist die Stufe. Denn sie sorgt zum einen dafür, daß die vom Wasser benetzte Fläche deutlich kleiner wird (der Schwimmerteil hinter der Stufe hebt sich vollständig aus dem Wasser) und zum anderen bildet sie mit ihrer Abrißkannte unter dem hinteren Schwimmerteil ein Wasser-Luft-Gemisch, das verhindert, daß dieser Schwimmerteil sich wieder ans Wasser anlegt.
Das Ansaugen von Luft geschieht über die turbulenten Luftströmungen hinter der Stufe und unter dem Schwimmerhinterteil.

Grundsätzliches zur Konstruktion

Die Schwimmer sollten immer so gebaut sein, daß sie genügend Wasser verdrängen, so daß das Flugzeug im Stillstand stabil schwimmt. Dafür kann man sich an folgende Richtwerte halten:
Das Schwimmergesamtvolumen (Bei Doppelschwimmern beide! Bei Zentralschwimmer ohne Stützschwimmer), sollte 150% - 200% des vom Flugzeuggewicht verdrängten Wassers betragen. Damit tauchen die Schwimmer halb bis dreiviertel ein. Bei kleineren Modellen (unter 1 kg Gewicht) ist es ratsam das Schwimmervolumen größer als 200% der Wasserverdrängung zu machen, damit es bei der kleinen Standfläche genügend Schwimmstabilität gibt.

Das Teilvolumen hinter der Stufe sollte 80-95% des vorderen Volumens betragen. Dadurch liegt das Flugzeug im Stillstand leicht schräg im Wasser, was das Anfahren gerade bei Wellengang erleichtert.

Die Länge der Schwimmer

Durch die Länge wird letztlich zusammen mit der Form die Volumenverteilung bestimmt. Die Stufe teilt den Schwimmer in zwei Teile wobei die Länge hinter der Stufe üblicherweise ca. 75-90% der Länge vor der Stufe betragen sollte.
Diese Richtwerte gelten für einfache Schwimmerformen. Bei aerodynamisch geformten Schwimmern (hinten spitz zulaufend, etc.) sollte man sich eher am Volumen orientieren. Ziel sollte es sein, daß das Flugzeug im Stillstand leicht schräg im Wasser liegt.

Wichtig ist, daß die hintere Gleitfläche 7-9 Grad nach hinten hin von der Wasseroberfläche im Gleiten ansteigt. Dadruch wird vermieden, daß der hintere Teil beim Start das Wasser berührt und dadurch Widerstand erzeugt.

Die Stufe

Die Stufenhöhe sollte ca. 15-20% der Stufenbreite betragen. Bei kleinen Modellen hat sich allerdings ein Richtwert von 10-12mm herausgestellt, da eine zu kleine Stufe keinen wirklichen Effekt mehr erzeugen kann.

Die Position der Stufe bestimmt sehr stark die Gleiteigenschaften. Üblicherweise sollte die Stufe 1-2% der Flügelspannweite hinter dem Schwerpunkt des Flugzeugs liegen. Dadurch ist zwar der Widerstand etwas höher als wenn die Stufe vor dem Schwepunkt liegt, aber das Flugzeug gleitet deutlich stabiler. Liegt die Stufe vor dem Schwerpunkt muß meistens mit dem Höhenruder feinfühlig die Lage um die Querachse kontrolliert werden.

Die Stufe sollte auf keinen Fall aus aerodynamischen Gründen abgerundet werden! Sie ist absolut scharfkantig auszuführen. Dadurch gibt es im Gleiten eine präzise Abrißkannte, die den Wasserwiderstand minimiert. Ein leichtes Zurückneigen der Stufenwand (wie auf den Bildern zu sehen) begünstigt den Effekt noch zusätzlich ein wenig.

Gleitflächen

Bei manntragenden Flugzeugen sind Schwimmer mit V-Rumpf recht weit verbreitet. Für Modellflugzeuge bedeutet das, daß durch diese V-Form viel Spritzwasser entsteht. Bei großen Flugzeugen wird durch die V-Form im Wesentlichen der Landestoß etwas gedämpft. Auch werden beim Start die Stöße durch Wellen gemindert. Bei Modellflugzeugen ist das nicht so erheblich, da wir ja keine Personen befördern.
Für Modellflugzeuge überwiegen eher die Nachteile einer V-Form: es gibt deutlich mehr seitliches Spritzwasser, das unter ungünstigen Bedingungen sogar gegen das Seitenleitwerk drücken kann und eine recht starke, einseitige Steuerwirkung haben kann (alles schon erlebt!).

Eine ausgehöhlte Gleitflächenform begünstigt bei wenig seitlichem Spritzwasser das Gleiten, ist jedoch zu kompliziert im Bau. Daher empfiehlt es sich einfach die Gleitflächen gerade auszulegen (ist insbesondere in Styropor sehr einfach herzustellen).

Die Idee die Schwimmer leicht nach innen geneigt anzubauen, so daß die Gleitflächen zueinander einen leichten V-Winkel haben (wie bei Tragflächen), ist nicht so gut. Das sorgt zwar dafür, daß zum Rumpf hin kaum noch Spritzwasser auftritt, aber gerade beim Landen, wenn man mal einseitig aufsetzt, eine sehr unangenehme Richtungswirkung zu spüren ist. Die Gischt, die durch solche Schwimmer erzeugt wird, sieht bei größeren Modellen allerdings schon recht spektakulär aus... (ich rate aber dennoch davon ab!)

Die Seitlichen Kanten der Gleitflächen sollten genauso wie die Stufe absolut scharftkantig ausgeführt werden. Dadurch ereicht man sogar eine gute Richtungswirkung bei langsameren Kurvenfahrten (Kurven bei hohen Geschwindigkeiten sollte man vermeiden - Kentergefahr!).

Wasserruder

Um das Flugzeug beim Fahren auf dem Wasser gut steuern zu können ist ein Wasserruder bei langsamen Fahrgeschwindigkeiten deutlich wirksamer als das Seitenruder.
Das Wasserruder sollte aber im Gleiten nicht mehr im Wasser sein, da es zum einen bei der Geschwindigkeit schon genügend Seitenruderwirkung gibt, zum anderen das Wasserruder einen erheblichen Wasserwiderstand erzeugen würde.

Die Frage ob überhaupt ein Wasserruder angebracht werden soll hängt im wesentlichen von der Größe des Modells ab. Grundsätzlich bedeutet ein vorbildgetreues Wasserruder am Schwimmer, daß es evtl. über ein eigenes Servo angesteuert werden muß. Dieses zusätzliche Gewicht kann man sich bei kleinen Flugzeugen nicht leisten, weshalb man oft darauf verzichtet. Da kleinere Modelle oft eher bei wenig Wind geflogen werden kann man getrost auf jegliches Wasserruder verzichten. Bei größeren Modellen sollte man allerdings ernsthaft darüber nachdenken - das fordert alleine schon der Sicherheitgedanke! Ein größeres Modell, das während des Angleitens schwer zu kontrollieren ist, sollte arge Sicherheitsbedenken erzeugen!!!

Soll das Wasserruder am Schwimmer montiert werden, ist folgendes zu überlegen:
Das Wasserruder braucht nur an einem der beiden Schwimmer angebracht werden! Ist zwar asymetrisch, funktioniert aber perfekt (siehe einseitiges Ruder bei Powerbooten). Das Ruder selbst sollte keinesfalls als Spatenruder an der Unterseite des Schwimmers angebracht werden, da es dort das Gleiten sehr negativ beeinflußt (ein Abheben ist mit so einem Ruder kaum möglich). Die beste Position ist hinten an der Hinterkante des Schwimmers.

Da das Wasseruder eigentlich nur bei langsamer Fahrt benötigt wird und dort auch seine volle Wirkung hat, sollte man es nur wenig unter der Gleitfläche heraus ragen lassen. Die Proportionen sind dadurch eher quadratisch. Ein großer Überstand nach unten wirkt sich wieder negativ aufs Gleiten aus. Wichtig ist eigentlich nur, daß es sich im Gleiten vollständig aus dem Wasser hebt.

Man sieht oft bei einfacheren Wasserflugzeugmodellen ein Spatenruder direkt am Ruderblatt des Seitenleitwerks befestigt (und somit ohne zusätzliches Servo angelenkt).
Wenn man diese nicht besonders schöne aber durchaus zweckmäßige Lösung bauen will, sollte man beachten, daß das Ruder so genau wie möglich in der Höhe so eingestellt wird, daß es sich im Gleiten ein paar Zentimeter aus dem Wasser hebt, in Verdrängerfahrt aber getaucht ist. Dazu baut man es am Besten höhenverstellbar, was mit zwei ineinander geschobenen CfK- oder Metallröhrchen und einem Stellring wunderbar zu realisieren ist.