Znaczenie projektowania aerodynamicznego dla pojazdów

Dlaczego pojazdy transportowe, które należy brać pod uwagę pod kątem zużycia energii i prędkości, stają się coraz bardziej estetyczne dla publiczności i płynniejsze w swoim stylu? I co te zestawy aerodynamiczne oznaczają dla ciężarówek?

Marcel Dassault, założyciel francuskiej firmy Dassault Aviation, specjalizującej się w produkcji i wytwarzaniu myśliwców, powiedział kiedyś, że samolot, który dobrze działa, zazwyczaj jest piękny. Być może „wizualnie piękne” ciężarówki są bardziej oszczędne pod względem zużycia paliwa.

W miarę jak środki transportu stają się coraz szybsze, konstrukcja ciężarówek stopniowo osiąga punkt, w którym nie można ignorować oporu wiatru.

Według organizacji badawczych, gdy ciężarówka osiąga prędkość do 88 km/h, około połowa jej mocy jest wykorzystywana do pokonania oporu wiatru. Wniosek ten zmusił producentów ciężarówek do włożenia dużego wysiłku w zmniejszenie oporu wiatru.

W maju 2008 r. na słynnym torze wyścigowym Nardo w południowych Włoszech nowy Mercedes-Benz Actros 1844 LS o masie całkowitej około 40 ton ustanowił nowy w tamtym czasie rekord Guinnessa – ciężarówka o masie 40- ton z najniższym zużyciem paliwa na świecie. Po przejechaniu 12 728 kilometrów testowych pojazd osiągnął oszałamiające zużycie paliwa wynoszące 19,44 litra na 100 kilometrów!

Oprócz wydajnego układu napędowego, aerodynamiczna konstrukcja Actrosa jest również jednym z głównych czynników, które przyczyniły się do tak zaskakującego wyniku.

Jak widać na zdjęciu, Actros ma bogaty aerodynamiczny montaż, z dachem i bocznymi deflektorami, które pasują do skrzyni ładunkowej, oraz bocznymi deflektorami, które obejmują przyczepę, oprócz gładkiego kompozytowego panelu skrzyni ładunkowej. Te aerodynamiczne projekty sprawiają, że nadwozie Actrosa jest niezwykle płaskie i mniej podatne na turbulencje.

Przedstawimy Ci listę rozwiązań redukujących opór powietrza (od przodu do tyłu pojazdu), na które możesz zwrócić uwagę przy wyborze pojazdu.

● Aktywna kratka wlotu powietrza Aktywna kratka wlotu powietrza odnosi się do kratek w środkowej kratce, które można otwierać i zamykać niezależnie w zależności od środowiska pracy pojazdu. Kratki te są połączone ze sobą za pomocą korbowodów, które są sterowane przez silniki elektryczne, które obracają kratki, kontrolując silniki napędowe za pośrednictwem komputera pokładowego (ECU).

Aktywna kratka wlotu powietrza może skutecznie kontrolować szybkość nagrzewania się pojazdu, a także może przyczyniać się do zmniejszenia oporu powietrza.

Gdy silnik znajduje się w środowisku o niskiej temperaturze lub gdy obciążenie silnika jest niskie i nie ma dużego zapotrzebowania na odprowadzanie ciepła, ECU zamknie aktywną osłonę chłodnicy, aby „utrzymać ciepło silnika”, dzięki czemu może on osiągnąć optymalną temperaturę roboczą.

Gdy temperatura robocza silnika jest wyższa od temperatury idealnej, ECU otworzy aktywną kratkę wlotu powietrza, duża ilość powietrza zostanie wlana do środkowej siatki, odbierając ciepło, aby pomóc silnikowi się schłodzić. Jeśli chodzi o moment otwarcia lub zamknięcia aktywnej kratki wlotu powietrza, jest on rozważany przez ECU w odniesieniu do temperatury płynu chłodzącego silnika, temperatury oleju, temperatury otoczenia, prędkości i innych czynników.

Aktywna kratka wlotu powietrza nie tylko pomaga utrzymać optymalną temperaturę pracy silnika, ale także zmniejsza opór powietrza, co przekłada się na oszczędność paliwa.

Według testu NEDC przeprowadzonego przez SAE Society of Automotive Engineers w temperaturze otoczenia 25 stopni, aktywna kratka wlotu powietrza może poprawić oszczędność paliwa o około 2%. Ta częściowa optymalizacja zużycia paliwa wynika głównie ze zmniejszenia oporu powietrza pojazdu, gdy aktywna kratka wlotu powietrza jest zamknięta.

Gdy ciężarówka porusza się z dużą prędkością, wiatr powstający w wyniku zderzenia czołowego przepływa przez kilka miejsc – dach, boki i spód – a przednia część, która jest bezpośrednio wystawiona na działanie wiatru, ma kluczowe znaczenie.

Kiedy strumień powietrza przedostaje się przez kratkę wlotową do kabiny i przepływa przez chłodnicę oraz inne elementy wyposażenia, zderza się on ze strukturą kamienia wewnątrz chłodnicy, co powoduje powstanie ogromnego oporu podczas jazdy.

Gdy strumień powietrza dostaje się do kabiny, jego większa część wypływa przez otwór pod komorą silnika i zderza się z szybkim strumieniem powietrza, który pierwotnie przepływał pod pojazdem, wywołując turbulencje i zwiększając opór powietrza.

Dlatego możliwość częściowego lub całkowitego zamknięcia kratki wlotu powietrza, gdy pojazd porusza się ze średnią i dużą prędkością, jest korzystna w zmniejszaniu oporu powietrza. Łatwo zrozumieć, dlaczego większość czysto elektrycznych pojazdów bez silników ma zamkniętą konstrukcję przedniego końca.

● Deflektory dachowe/boczne W rzeczywistości deflektory dachowe i boczne są oczywiście najłatwiejsze w obsłudze i kontroli. Według statystyk pojazd z deflektorem może zaoszczędzić do 4-5% zużycia paliwa w porównaniu z pojazdem bez deflektora.

Od lewej do prawej: deflektory monolityczne, łączone i odchylające

Ze względu na kształt deflektor powietrza można podzielić na trzy kategorie: typ integralny, typ kombinowany i typ rozdzielający.

W Stanach Zjednoczonych wykorzystuje się transport multimodalny, rozmiar przyczep jest tam stosunkowo bardziej jednolity, dlatego amerykańskie ciężarówki najczęściej korzystają z integralnego deflektora.

W krajach europejskich, ze względu na różnice w warunkach krajowych, występują różnice pomiędzy pojazdami i skrzyniami ładunkowymi, dlatego deflektor pojazdu opiera się głównie na regulowanym deflektorze kombinowanym.

Ostatni typ deflektora typu dywersyjnego ma efekt rozpraszania przepływu powietrza w górę oraz na lewą i prawą stronę w tym samym czasie, co jest bardziej wydajne, dlatego jest stosowane we wszystkich rodzajach ciężarówek. Zazwyczaj musi być wyprodukowany zgodnie z odpowiednią skrzynią ładunkową.

W praktyce górny deflektor kabiny powinien być ustawiony na wysokości równej lub nieznacznie niższej od wysokości przyczepy. Płynne przejście strumienia powietrza z kabiny do skrzyni ładunkowej za pomocą deflektora, zapobiegające bezpośredniemu uderzaniu strumienia powietrza w skrzynię ładunkową. Minimalizuje opór jazdy spowodowany turbulencjami powietrza między ciągnikiem a przyczepą.

Deflektory boczne są również ważne, a ich obecność zmniejsza odległość między ciągnikiem a przyczepą. Ułatwia to przepływ powietrza przez szczelinę między przednim końcem a przyczepą, gdy pojazd porusza się z dużą prędkością, znacznie zmniejszając ryzyko powstawania zawirowań. Deflektor boczny na prowadzeniu przepływu powietrza przy bocznym wietrze jest bardzo znaczący, nie słabszy nawet od deflektora dachowego.

Obecnie wiele ciągników siodłowych jest wyposażonych w deflektory o regulowanej wysokości, a dopasowanie wysokości deflektora do wysokości skrzyni ładunkowej przed każdym wyjazdem jest bardzo praktycznym sposobem na oszczędzanie paliwa.

Panele boczne i panele przyczepy

Wózki bez ścian bocznych charakteryzują się dużym oporem powietrza ze względu na liczne urządzenia rozmieszczone po obu stronach belki, czego można uniknąć poprzez zamontowanie ścian bocznych.

Z jednej strony może zmniejszyć środek nacisku wiatru pojazdu i poprawić zdolność pojazdu do przeciwstawiania się bocznym wiatrom; z drugiej strony może zablokować zasysanie powietrza po obu stronach pojazdu pod pojazd i zmniejszyć gromadzenie się przepływu powietrza pod pojazdem. Może to zmniejszyć wpływ przepływu powietrza na różne wystające części podwozia pojazdu, dzięki czemu przepływ powietrza pod pojazdem jest płynniejszy, zmniejszając tym samym opór powietrza.

Ten zbieżny kształt, podobny do ogona samolotu, skutecznie zmniejsza turbulencje i opór wiatru w tylnej części skrzyni ładunkowej, co dodatkowo poprawia oszczędność paliwa.

● Tylna burta

Tylna część pojazdu to miejsce, które najłatwiej przeoczyć, ale w rzeczywistości rozsądne ustawienie tylnej części przyczepy i tylnej burty może spowodować, że punkt oddzielenia się strumienia powietrza zostanie opóźniony do tyłu, co sprzyja zmniejszeniu obszaru podciśnienia za skrzynią ładunkową.

W „Flying Trailer” wydanym przez Mercedes-Benz i „Low Wind Resistance Vans and Semi-Trailers” wprowadzonym przez wielu chińskich producentów możemy zobaczyć istnienie „łodziowatej kości ogonowej”. Badania wykazały, że przy tego typu konstrukcji opór powietrza można dodatkowo zmniejszyć o 10-15%.