Der Tuck: Systematik, Abhilfen?

[Bernhard Wienand]

Obwohl selten, wird der Vorwärtsüberschlag mit dem Drachen (Tuck, Tumble) gefürchtet, denn er kommt oft blitzschnell und überraschend und kann tödlich ausgehen oder zu starken Verletzungen und zum Bruch des Gerätes führen. Selbst mit einem Gütesiegel-Gerät ist man bis heute nicht zu 100% sicher.

Aber vielleicht können wir uns doch noch besser vor einem Tuck schützen?

Wie kann es überhaupt zu einem Tuck kommen, und wie läuft ein Tuck ab?

Im Forum findet man zum Begriff 'Tuck' unter Geräte(HG) nur das Thema 'Tuck, Meinungen und evtl. Erfahrungen', wo es vor allem um die Angst vor dem Tuck geht. In 57 von derzeit 1.423 Themen kommt man aber auf den 'Tuck' zu sprechen, in 7 auf 'Tumble'.
Im OzReport wird man vor allem mit 'Tumble' fündig, mit 'Tuck' aber auch. Man verwendet 'Tuck' dort für ein kopfüber nach unten schießen, aus dem sich dann ein Sturz- oder Rückenflug ergibt.

Ob und wie ein (fortlaufender) Tuck abläuft ist in den 80-er Jahren recht genau von Michael Schönherr, damals verantwortlich für die Drachentechnik beim DHV, untersucht worden. Dazu ließ man Drachen rückwärts von der Kochertal-Brücke fallen und dokumentierte ihr Verhalten.
Zu einem Überschlag kann es allerdings aus verschiedenen Gründen kommen. Dies zeigen auch die unterschiedlichen Tuck-Erfahrungen.

Wie kann es zum Tuck kommen?

Nach dem, was man zum Tuck liest und inzwischen über die Aerodynamik des Drachens weiß, entsteht der Überschlag vor allem durch Böen von hinten, siehe auch der Beitrag von Angelo Crapanzano 2002, http://ozreport.com/6.43 (der Nick-Moment-Verlauf entspricht aber etwa einer nach links geneigten Geraden, nicht einer halben Ellipse, wie dort gezeigt):
Der plötzliche Verlust der Anströmung bzw. eine schwache Anströmung mit sehr hohem Anstellwinkel lässt den Drachen nach vorne kippen. Schon hieraus kann ein Überschlag entstehen. Kommt es sogar zu einer Anströmung von hinten (Böe schneller als Fluggeschwindigkeit), bricht der Drachen aus und wird ggf. auf den Rücken geworfen.
Eine Anströmung von hinten entsteht auch, wenn man aus einem Männchen nach unten rutscht bzw. der Drachen rückwärts von einer fallen gelassen wird.
Will der Pilot der Drehung entgegen wirken, indem er die Basis nach vorne drückt, kann er hinten auf oder hinter den Flügel fallen, und der Überschlag beginnt.
Hier muss man als Pilot gegen seinen Instinkt handeln und unbedingt vorne bleiben, die Basis an sich ziehen und festhalten. Dann fängt der Drachen auch aus einer Rückenlage ab, sofern die Nick-Stabilität genügend Pitch up erzeugt und die Höhe ausreicht.
Nick-Dämpfung hilft hier nicht, im Gegenteil. Bei einer großen Tiefe der Flächenverteilung kommt es bei einer Anströmung von hinten wegen der großen Hebel eher zur Drehung.

Eine Böe von unten kann zum Tuck führen, wenn der Drachen dadurch ein Männchen macht, vor allem wenn dem Piloten dabei die Basis nach vorne aus der Hand gerissen wird. Flügel von Drachen, insbesondere von Flexiblen, werden durch starke positive Last bei großen Anstellwinkeln so sehr geschränkt, dass ein positives statt negatives Nick-Moment entsteht. Die Nase wird insbesondere dann hoch gerissen, wenn man frontal in eine Aufwindböe einfliegt.

Ein Böe von oben (Fallböe) kann aus verschiedenen Gründen zum Tuck führen:

1. Zum einen kann eine negative Anströmung die Schränkung des Flügels so stark abflachen, dass ein negatives statt positives Nick-Moment entsteht und der Flügel auf die Nase geht.
2. Ist die Fallböe so stark, dass der gesamte Flügel im Vergleich zum lose aufgehängten Piloten nach unten gedrückt wird (starker Entlaster), so ist für die Nick-Stabilität nicht mehr der Gesamtschwerpunkt von Flügel und Pilot entscheidend, sondern der Schwerpunkt des Flügels allein. Liegt dieser hinter dem Neutralpunkt des Flügels, z.B. aufgrund des Gewichtes von Spoilern und/oder Winglets am Außenflügel, so geht der Flügel ebenfalls auf die Nase. Bei nur kurzen Entlastern geht die Sache meist gut aus, der Flügel hat nicht die Zeit, um sich vor oder gar unter den Piloten zu drehen.
3. Bei starker Schränkung, scharfer Nasenkante und/oder konkaver Unterseite kann die Strömung bei sehr kleinen und erst recht negativen Anstellwinkeln an der Unterseite des Außenflügels abreißen. Der Außenflügel erzeugt plötzlich kein aufrichtendes Moment mehr, der Flügel geht abrupt auf die Nase. Flexible mit etwa 25 mm Nasenradius (Flügelrohr) und einer Schränkung, die sich bei kleinen Anstellwinkeln abflacht, sind hiervon kaum betroffen.

Ein überzogener Parabelflug könnte auch bei (zu) wenig Pitch zum Tuck führen.

Schließlich kann man auch durch (verunglückte) Kunstflugfiguren in einen Tuck geraten, einen Tuck provozieren, z.B. durch ein Männchen.

Ob aus einem 'Auf die Nase gehen' oder einem 'Auf den Rücken geworfen werden' ein positiver Abfangbogen, ein Sturzflug, ein negativer Abfangbogen in den Rückenflug oder ein (fortlaufender) Überschlag entsteht, hängt von der Schränkung des Flügels, seiner Steifheit und vom Verhalten des Piloten ab:

• Bleibt der Pilot vorne und hat bzw. behält der Flügel genügend Schränkung, so fängt das Gerät selbst aus einer Rückenlage positiv ab. Bei ungenügender Schränkung geht es in einen Sturzflug oder stabilen Rückenflug.
• Bleibt der Pilot nicht vorne, sondern fällt hinten auf oder hinter den Flügel, kommt es zum Überschlag, unabhängig von der Schränkung bzw. der Nick-Stabilität und von der Nick-Dämpfung.

Was passiert während des Tucks?

Die Abwurfversuche zur Untersuchung des Tucks (und der Nick-Stabilität) sind von Michael Schönherr im DHV-Info 39-44 März 1987 bis März 1988 beschrieben worden, siehe http://www.m-schoenherr.de/Tuck.pdf.
Bei den Versuchen wurden sogar die am Drachen bzw. Piloten im unteren Bereich des Trapezes auftretenden Beschleunigungen gemessen, allerdings nur die Vertikal-Komponente senkrecht zur Fläche.
Als Einschränkung ist (auch) zu erwähnen, dass die Pilotenmasse bei den Versuchen nicht so frei schwingen konnte, wie in der Wirklichkeit. Die Gewichte saßen auf der Basis, später wurde ein Gewicht eingehängt, das aber auch an den Trapezecken lose angekettet war. Vor allem aber wurde nur der Tuck untersucht, der sich aus einem Abkippen aus einem Männchen ergibt, bei der allerdings auch eine Anströmung von hinten entsteht, wie es auch bei einer Böe vorkommen kann.

Folgende Angaben sind trotz der Einschränkungen aufschlussreich:

• Ein Überschlag von 360 Grad dauert ca. 1 Sekunde, davon entfällt ca. 1/2 Sekunde auf die bogenförmige Sturzstrecke und 1/2 Sekunde auf die anschließende Rotation des Flügels.
• Der bogenförmige Sturz beträgt etwa 10 m (der 1. Sturz nach dem Abkippen etwa 20 m).
  Bei 1/2 Sekunde ergibt dies eine Durchschnittsgeschwindigkeit im Sturz von 20 m/s, also gut 70 km/h. Die Spitzengeschwindigkeit, bevor die Rotation wieder abbremst, liegt noch deutlich darüber.
  Die Querbeschleunigung (senkrecht zur Fläche) des Drachens im Sturz beträgt ca. – 0,25 g, aufgrund des Sturzbogens. Das Messgerät zeigt eine negative Beschleunigung an, wenn seine Masse Richtung Trapezkopf beschleunigt wird.
  Im 1. Sturz, der zunächst in eine Rückenlage führt, beträgt sie ca. – 1 g.
• Die Rotation besteht aus zwei Teilen:
  Im 1. Teil dreht sich der Flügel aus dem Sturz auf den Rücken und wird auf fast 0 km/h abgebremst. Die Querbeschleunigung des Drachens erreicht dabei bis etwa – 4 g.
  Im 2. Teil wird der Flügel vom Piloten wieder nach vorne in den Sturz gerissen.

Zeichnungen und Fotos zum Tuck finden sich vor allem im Heft 43 bzw. auf den Seiten 14-18 des zusammengefassten Artikels, Diagramme zu den Messwerten im Heft 44 bzw. auf den Seiten 19-23.

Ergänzend ist Folgendes anzumerken:

• Ein 1. (längerer) Sturz, wie nach dem 'Auf die Nase gehen' bei den Abwurfversuchen, ergibt sich in der Wirklichkeit nur selten. Bei einer Böe von hinten oder einer Fallböe wird der Drachen meist sofort auf den Rücken geworfen.
  Bei einer Fallböe kippt der Flügel vor dem Piloten um fast 180 Grad nach unten, wobei er stark abgebremst wird, entsprechend dem 1. Teil der Rotation. Aufgrund der Massenträgheit fliegt der Pilot weiter und zieht dabei die Fläche weiter herum, sofern er sich an der Basis festhalten kann, oder er fliegt gegen die Fläche, voraussichtlich hinten, oder hinter die Fläche und dreht sie auf diese Weise weiter. Darauf folgt der 1. Sturzbogen.
• Im 1. Teil der Rotation wird der Flügel (Außenflügel) durch die hohe negative Belastung stark nach unten gebogen, so dass seine negative Schränkung verloren geht und sogar positiv werden kann.
• Im 2. Teil der Rotation, nachdem der Flügel seine Rückenlage bzw. die Anströmung mit – 90 Grad durchlaufen hat und der Pilot hinter die Fläche fällt, wird er vom Gewicht des Piloten wieder vorwärts in den Sturz gerissen und beschleunigt.
  Da der Flügel mit – 4 g im 1. Teil der Rotation auf fast 0 km/h abgebremst wird, muss er im 2. Teil der Rotation auch mit insgesamt etwa + 4 g vom Piloten beschleunigt werden. Am Trapezseitenrohr, etwas oberhalb der Basis, wird dabei eine negative Beschleunigung im Bereich um – 2 g gemessen, in Rückenlage müssten es aber + 4 g sein. Offenbar wird der Flügel erst beschleunigt, wenn er schon weiter gedreht hat, ab – 180 Grad Anströmung. Die Beschleunigungs-Komponente parallel zur Fläche wird aber nicht gemessen. Bei weiterer Drehung äußert sich eine Beschleunigung nach unten in einem negativen Wert, dem jedoch ein positiver Wert aus der Zentrifugalbeschleunigung entgegen steht.
  Der Drachen wird vom Piloten in eine langsamere Drehung versetzt, wenn der Pilot weniger wiegt und der Flügel eine höhere Nick-Dämpfung hat. Die Nick-Trägheit spielt dabei eine geringere Rolle.
• Im Sturzbogen ändert sich innerhalb 1/2 Sekunde der Anströmwinkel von anfangs etwa 90 Grad bei geringer Geschwindigkeit bis vielleicht – 25 Grad bei vielleicht 90 km/h vor dem Abbremsen im 1. Teil der Rotation.
  Der Sturzbogen verläuft flacher, wenn weniger Drehimpuls aus der Rotation (2. Teil) mit in den Sturz genommen wird. Dies erhöht die Chance, durch Pitch up (Nick-Stabilität) aus dem Tuck zu kommen.
  Lässt die in der Rotation negative Belastung des Flügels (Außenflügels) nach, federt dieser zuück, so dass die Schränkung des Flügels wieder zunimmt bzw. zurückkehrt.
  Bei negativer und starker Anströmung, wie z.B. mit – 25 Grad und 90 km/h, flacht sich die Schränkung des Flügels (wieder) ab. Dadurch geht das Pitch up zunehmend (wieder) zurück und wird schließlich negativ. Der Sturzbogen wird so immer enger und führt am Ende in die Rotation, bei der dann um – 90 Grad das Abbremsen mit – 4 g auf fast 0 km/h erfolgt.

Für den Piloten gilt:

• Während einer 1. Sturzphase, nach dem 'Auf die Nase gehen', kann man sich als trainierter Pilot an der Basis halten, da die Querbeschleunigung zum Flügel in Rückenlage nicht mehr als – 1 g beträgt. Hält man die Basis eng an der Brust, kann mann einen kompletten Überschlag vermeiden und einen Abfangbogen herbeiführen.
  Kann man sich nicht oder nicht eng an der Basis festhalten, kommt es darauf an, ob man eher nach vorne oder nach hinten fällt:
• - Fällt man vor oder vorne auf die Fläche, so kann man evtl. die Unterverspannung greifen und ebenfalls noch einen kompletten Überschlag vermeiden und einen Abfangbogen herbeiführen.
• - Fällt man hinten auf oder hinter die Fläche (auf das Kielrohr), weil man die Basis nicht eng an sich hat ziehen können, so dreht man den Flügel zur 1. Rotation weiter herum.
• Wird der Flügel durch eine Böe von hinten auf den Rücken geworfen, wird man auch nur sein eigenes Gewicht (mit Gurtzeug etc.) an der Basis hängend halten müssen, um noch in einen Abfangbogen zu gelangen.
  Kippt der Flügel durch eine Fallböe auf den Rücken, dürften Trägheitskräfte auftreten, bei denen sich der Pilot wohl kaum noch an der Basis halten kann. Sie wird ihm nach unten oder nach hinten aus der Hand gerissen.
• In den (weiteren) Sturzphasen kommt es darauf an, ob der Flügel in einem flachen Sturzbogen vor einem bleibt oder unter einen schießt:
  Bleibt der Flügel vor einem, so hat man eine (weitere) Chance, das Trapez bzw. die Basis zu ergreifen und das Gerät in einen Abfangbogen zu bringen.
  Der Flügel bleibt umso eher vor einem, je weniger Drehimpuls aus der Rotation in den Sturz eingeht und je mehr Schränkung bzw. Pitch up während des Sturzes besteht, siehe oben.
• Schießt der Flügel in einem engen Bogen unter einen, kommt es zum 1. Teil der Rotation, wobei der Flügel mit einer Beschleunigung von – 4 g auf fast 0 km/h abgebremst wird. Sollte man sich bis dahin noch an der Basis hat halten können, so wird man jetzt abgerissen:
• - Sollte man vor den Flügel fallen, hat man eine (weitere) Chance, die Unterverspannung zu erwischen und durch einen Abfangbogen den Tuck zu beenden.
• - Schlägt man mit 4 g auf dem Flügel auf, muss man mit erheblichen Verletzungen und einem Bruch des Gerätes rechnen. Fällt man vorne auf den Flügel, hält der Flügel und bleibt man unverletzt, so kann man auch jetzt noch die Unterverspannung erwischen und den Tuck beenden. Fällt man hinten auf oder hinter den Flügel, kommt es zum 2. Teil der Rotation, bei der man den Flügel aus seiner Rückenlage in den nächsten Sturz reißt.
• Im 2. Teil der Rotation wird man, wenn man den Flügel um etwa 180 Grad herum reißt und in den Sturz beschleunigt, analog zum Abbremsen der Fläche im 1. Teil der Rotation mit etwa + 4 g abgebremst. Auf Fotos von Tucks sieht man auch, wie der Pilot in dieser Phase in der Hüfte stark abgewinkelt an der Aufhängung hängt.
• Schließlich kann es wiederum eine Böe sein, die einen Überschlag so 'stört', dass der Drachen wieder zurück in den Gleitflug findet.
• Obwohl ein Tuck manchmal durch eine Böe beendet oder vom Piloten beendet werden kann, sollte man immer sofort die Rettung werfen, und zwar zur Seite, um ein Aufwickeln der Leinen durch das Überschlagen zu vermeiden.
  Durch die Überschläge wird man schnell schwindelig und verliert die Orientierung.

Wie kann man sich (besser als bisher) vor dem Tuck schützen?

Ein Tuck lässt sich beenden oder von vornherein vermeiden, wenn das System Flügel mit Pilot stets eine ausreichende Nick-Stabilität aufweist. Sie ist gegeben durch einen ausreichend weit vorne liegenden Schwerpunkt (vor dem Neutralpunkt der Fläche) aus Flügel und Pilot sowie eine der Schwerpunktvorlage entsprechende Schränkung, die sich auch bei negativer Anströmung mit hoher Geschwindigkeit (70 bis 90 km/h) nur wenig abflacht. Dazu muss die Struktur genügend steif sein.
Zum Tuck kann es kommen, wenn der Schwerpunkt des Piloten zu weit nach hinten gerät und/oder die Schränkung zu gering ist.

Für ausreichende Schränkung kann man durch genügend hoch eingestellte Sprogs sorgen. Die Wirksamkeit der Schränkung wird durch eine zugelassene Prüfstelle durch Messungen des Nick-Moments festgestellt.

Der Schwerpunkt kann jedoch, wenn der hängende Pilot in Rückenlage nach hinten fällt, hinter den Neutralpunkt geraten. Dies führt dann zum Tuck bzw. kann eine Serie von Überschlägen auslösen.

Bleibt der Schwerpunkt bzw. Pilot zwar vorne, ist oder wird jedoch die Schränkung zu klein, so ergibt sich ein negativer Abfangbogen in den Rückenflug.

Muss sich der Drachenpilot nun mit dem Tuck als Restrisiko abfinden oder ist eine Vorrichtung denkbar, die verhindert, dass der hängende Pilot nach hinten fällt?
Schon Michael Schönherr berichtet in der Info 44 bzw. auf Seite 23 seiner Zusammenfassung, dass schon skistockähnliche Handschlaufen und 1984 von Eric Raymond ein Sicherungsseil zwischen Trapezbasis und Piloten vorgeschlagen wurden.
Handschlaufen sind m.E. ungeeignet, da es möglich bleiben muss, an der Basis schnell umzugreifen oder den Rettungsschirm zu ziehen.
Eine Schlaufe von der Pilotenbrust um die Basis herum sollte möglichst eng sein und hohe Kräfte (bis zu 4 g) aushalten können, muss aber für die Steuerbewegungen genügend Spiel lassen. Für das Ausstoßen bei der Landung muss man sie einfach aushängen können.
Ist so eine, evtl. elastische Schlaufe denkbar?

Gruß, Bernhard