Η σημασία του αεροδυναμικού σχεδιασμού για τα οχήματα

Γιατί τα οχήματα μεταφοράς που πρέπει να ληφθούν υπόψη για την κατανάλωση ενέργειας και την ταχύτητα γίνονται όλα πιο αισθητικά ευχάριστα στο κοινό και πιο ομαλά στο στυλ τους; Και τι σημαίνουν αυτά τα κιτ αεροσκαφών για φορτηγά;

Ο Marcel Dassault, ιδρυτής της γαλλικής εταιρείας Dassault Aviation, που ειδικεύεται στην κατασκευή και παραγωγή μαχητικών αεροσκαφών, είπε κάποτε ότι ένα αεροπλάνο που αποδίδει καλά είναι συνήθως όμορφο να το δεις. Ίσως τα «οπτικά όμορφα» φορτηγά είναι πιθανό να είναι πιο αποδοτικά σε καύσιμα.

Καθώς τα μέσα μεταφοράς γίνονται όλο και πιο γρήγορα, ο σχεδιασμός των φορτηγών φτάνει σταδιακά σε ένα σημείο όπου η αντίσταση στον αέρα δεν μπορεί να αγνοηθεί.

Σύμφωνα με ερευνητικούς οργανισμούς, όταν ένα φορτηγό φτάνει σε ταχύτητες έως και 88 χλμ./ώρα, περίπου η μισή του ιπποδύναμη χρησιμοποιείται για να υπερνικήσει την αντίσταση του ανέμου. Αυτό το συμπέρασμα ανάγκασε τους κατασκευαστές φορτηγών να καταβάλουν μεγάλη προσπάθεια για τη μείωση της αντίστασης στον αέρα.

Τον Μάιο του 2008, στη διάσημη πίστα υψηλής ταχύτητας Nardo στη νότια Ιταλία, μια νέα Mercedes-Benz Actros 1844 LS με μεικτό βάρος οχήματος περίπου 40 τόνους έθεσε ένα ολοκαίνουργιο Παγκόσμιο ρεκόρ Γκίνες εκείνη την εποχή - το 40- φορτηγό τόννων με τη χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου στον κόσμο. Μετά από 12.728 χιλιόμετρα δοκιμών, το όχημα πέτυχε απίστευτη κατανάλωση καυσίμου 19,44 λίτρα ανά 100 χιλιόμετρα!

Εκτός από το αποδοτικό σύστημα μετάδοσης κίνησης, η αεροδυναμική σχεδίαση του Actros είναι επίσης ένας από τους σημαντικότερους συντελεστές σε ένα τόσο εκπληκτικό αποτέλεσμα.

Όπως μπορούμε να δούμε από την εικόνα, το Actros διαθέτει πλούσιο αεροδυναμικό συγκρότημα, με οροφή και πλαϊνούς εκτροπείς που ταιριάζουν με το κιβώτιο αποσκευών και πλευρικούς εκτροπείς που περιλαμβάνουν το ρυμουλκούμενο, εκτός από ένα λείο κιβώτιο φορτίου από σύνθετο πάνελ. Αυτά τα αεροδυναμικά σχέδια κάνουν το σώμα του Actros εξαιρετικά επίπεδο και λιγότερο επιρρεπές σε αναταράξεις.

Θα σας δώσουμε μια σύνοψη των σχεδίων που μειώνουν την αντίσταση στον αέρα με σειρά από εμπρός προς τα πίσω του οχήματος, στα οποία μπορείτε να εστιάσετε όταν επιλέγετε ένα όχημα.

● Ενεργή γρίλια εισαγωγής αέρα Η ενεργή γρίλια εισαγωγής αέρα αναφέρεται στις γρίλιες στην κεντρική γρίλια που μπορούν να ανοίγουν και να κλείνουν ανεξάρτητα ανάλογα με το περιβάλλον λειτουργίας του οχήματος. Αυτές οι γρίλιες συνδέονται μεταξύ τους με μπιέλες, οι οποίες ελέγχονται από ηλεκτρικούς κινητήρες που περιστρέφουν τις γρίλιες ελέγχοντας τους κινητήρες κίνησης μέσω του υπολογιστή ταξιδιού (ECU).

Η ενεργή γρίλια εισαγωγής αέρα μπορεί να ελέγξει αποτελεσματικά την ταχύτητα προθέρμανσης του οχήματος και μπορεί επίσης να παίξει ρόλο στη μείωση της αντίστασης στον αέρα.

Όταν ο κινητήρας βρίσκεται σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας ή όταν το φορτίο του κινητήρα είναι χαμηλό και δεν υπάρχει μεγάλη ζήτηση για απαγωγή θερμότητας, η ECU θα κλείσει την ενεργή γρίλια για να "διατηρηθεί ο κινητήρας ζεστός" ώστε ο κινητήρας να φτάσει στη βέλτιστη λειτουργία θερμοκρασία.

Όταν η θερμοκρασία λειτουργίας του κινητήρα είναι υψηλότερη από την ιδανική θερμοκρασία, η ECU θα ανοίξει την ενεργή γρίλια εισαγωγής αέρα, θα χυθεί μεγάλη ποσότητα αέρα στο κεντρικό πλέγμα, θα αφαιρέσει τη θερμότητα για να βοηθήσει τον κινητήρα να κρυώσει. Όσον αφορά το χρονοδιάγραμμα ανοίγματος ή κλεισίματος της ενεργής γρίλιας εισαγωγής αέρα, λαμβάνεται υπόψη από την ECU σε σχέση με τη θερμοκρασία ψυκτικού του κινητήρα, τη θερμοκρασία λαδιού, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, την ταχύτητα και άλλους παράγοντες.

Εκτός από το ότι βοηθά τον κινητήρα να διατηρεί τις βέλτιστες θερμοκρασίες λειτουργίας, μια ενεργή γρίλια εισαγωγής αέρα μειώνει την αντίσταση του αέρα για να επιτύχει εξοικονόμηση καυσίμου.

Σύμφωνα με μια δοκιμή πάγκου NEDC που διεξήχθη από την SAE Society of Automotive Engineers σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 25 βαθμών, η ενεργή γρίλια εισαγωγής αέρα μπορεί να βελτιώσει την οικονομία καυσίμου κατά περίπου 2%. Αυτή η μερική βελτιστοποίηση της κατανάλωσης καυσίμου προέρχεται κυρίως από τη μείωση της αντίστασης στον αέρα του οχήματος όταν η ενεργή γρίλια εισαγωγής αέρα είναι κλειστή.

Όταν το φορτηγό ταξιδεύει με υψηλές ταχύτητες, ο άνεμος από την πρόσκρουση στο μπροστινό άκρο θα ρέει σε διάφορες τοποθεσίες - την οροφή, τα πλαϊνά και το κάτω μέρος - και η μπροστινή όψη, που είναι απευθείας στον άνεμο, είναι κρίσιμη.

Καθώς η ροή αέρα περνά μέσα από τη γρίλια εισαγωγής στην καμπίνα και ρέει μέσω του ψυγείου και άλλων εξαρτημάτων, θα συγκρουστεί με τη δομή της κλίμακας μέσα στο ψυγείο, δημιουργώντας μια τεράστια αντίσταση οδήγησης.

Όταν η ροή αέρα εισέλθει στην καμπίνα, το μεγαλύτερο μέρος της θα ρέει έξω από το άνοιγμα κάτω από το χώρο του κινητήρα και θα συγκρουστεί με τη ροή αέρα υψηλής ταχύτητας που έρεε αρχικά κάτω από το όχημα, προκαλώντας αναταράξεις και αυξάνοντας την αντίσταση του αέρα.

Επομένως, η δυνατότητα μερικού ή πλήρους κλεισίματος της γρίλιας εισαγωγής αέρα όταν το όχημα ταξιδεύει με μεσαίες και υψηλές ταχύτητες είναι ευεργετική για τη μείωση της αντίστασης στον αέρα. Είναι εύκολο να καταλάβει κανείς γιατί τα περισσότερα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα χωρίς κινητήρες έχουν κλειστό μπροστινό σχέδιο.

● Εκτροπείς οροφής/πλευρικοί εκτροπείς Στην πραγματικότητα, οι εκτροπείς οροφής και οι πλευρικοί εκτροπείς είναι φυσικά οι ευκολότεροι χειρισμός και έλεγχος. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, ένα όχημα με εκτροπέα μπορεί να εξοικονομήσει έως και 4-5% στην κατανάλωση καυσίμου σε σύγκριση με ένα όχημα χωρίς εκτροπέα.

Από αριστερά προς τα δεξιά, μονολιθικοί, συνδυασμένοι και εκτροπείς εκτροπής

Ο εκτροπέας αέρα μπορεί γενικά να χωριστεί σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με το σχήμα του: ενσωματωμένος τύπος, τύπος συνδυασμού και τύπος εκτροπής.

Οι Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιούν πολυτροπική μεταφορά, το μέγεθος του ρυμουλκούμενου τους είναι σχετικά πιο ομοιόμορφο, επομένως τα αμερικανικά βαρέα φορτηγά χρησιμοποιούν ως επί το πλείστον τον ενσωματωμένο εκτροπέα.

Στις ευρωπαϊκές χώρες, λόγω των διαφορών στις εθνικές συνθήκες, υπάρχουν διαφορές μεταξύ οχημάτων και κιβωτίων φορτίου, επομένως ο εκτροπέας οχήματος βασίζεται κυρίως στον ρυθμιζόμενο συνδυασμένο εκτροπέα.

Ο τελευταίος τύπος εκτροπέα τύπου εκτροπής έχει ως αποτέλεσμα τη διασπορά της ροής αέρα προς τα πάνω και προς την αριστερή και τη δεξιά πλευρά ταυτόχρονα, ο οποίος είναι πιο αποτελεσματικός και επομένως χρησιμοποιείται σε όλα τα είδη φορτηγών. Συνήθως, χρειάζεται να κατασκευαστεί σύμφωνα με το αντίστοιχο κουτί φορτίου.

Στην πράξη, ο επάνω εκτροπέας της καμπίνας θα πρέπει να ρυθμίζεται σε ύψος ίσο ή ελαφρώς χαμηλότερο από το ύψος του ρυμουλκούμενου. Ομαλή μετάβαση της ροής αέρα από την καμπίνα στο κιβώτιο φορτίου μέσω ενός εκτροπέα, αποφεύγοντας τη ροή αέρα να χτυπήσει απευθείας στο κιβώτιο φορτίου. Ελαχιστοποιεί την αντίσταση οδήγησης που προκαλείται από αναταράξεις αέρα μεταξύ του τρακτέρ και του ρυμουλκούμενου.

Οι πλευρικοί εκτροπείς είναι επίσης σημαντικοί και η παρουσία τους μειώνει την απόσταση μεταξύ του τρακτέρ και του ρυμουλκούμενου. Αυτό διευκολύνει την ομαλή ροή του αέρα μέσα από το κενό μεταξύ του μπροστινού άκρου και του ρυμουλκούμενου όταν το όχημα ταξιδεύει με υψηλές ταχύτητες, μειώνοντας σημαντικά την πιθανότητα σχηματισμού στροβιλισμού. Ο πλευρικός εκτροπέας στην καθοδήγηση ροής αέρα πλευρικού ανέμου είναι πολύ σημαντικός, ούτε καν πιο αδύναμος από τον εκτροπέα οροφής.

Πλέον, πολλά τρακτέρ-ρυμουλκούμενα είναι εξοπλισμένα με εκτροπείς ρυθμιζόμενου ύψους και η αντιστοίχιση του ύψους του εκτροπέα με το ύψος του κιβωτίου φορτίου όσο το δυνατόν καλύτερα πριν από κάθε αναχώρηση είναι ένας πολύ πρακτικός τρόπος εξοικονόμησης καυσίμου.

Πλαϊνά πάνελ και πάνελ τρέιλερ

Τα φορτηγά χωρίς πλαϊνά πάνελ έχουν μεγάλη αντίσταση αέρα λόγω των πολυάριθμων συσκευών που είναι τοποθετημένες και στις δύο πλευρές της δοκού, κάτι που μπορεί να αποφευχθεί με την εγκατάσταση πλευρικών πλαισίων.

Από τη μία πλευρά, μπορεί να μειώσει το κέντρο πίεσης ανέμου του οχήματος και να βελτιώσει την ικανότητα του οχήματος να αντιστέκεται στους πλευρικούς ανέμους. Από την άλλη πλευρά, μπορεί να εμποδίσει την αναρρόφηση του αέρα και στις δύο πλευρές του οχήματος κάτω από το όχημα και να μειώσει τη συσσώρευση ροής αέρα κάτω από το όχημα. Αυτό μπορεί να μειώσει την πρόσκρουση της ροής αέρα με διάφορα προεξέχοντα μέρη στο πλαίσιο του οχήματος, έτσι ώστε η ροή αέρα κάτω από το όχημα να είναι πιο ομαλή, μειώνοντας έτσι την αντίσταση του αέρα.

Αυτό το συγκλίνον σχήμα, παρόμοιο με αυτό της ουράς ενός αεροπλάνου, μειώνει αποτελεσματικά τις αναταράξεις και την αντίσταση στον αέρα στο πίσω μέρος του κιβωτίου φορτίου, βελτιώνοντας περαιτέρω την οικονομία καυσίμου.

● Πίσω σανίδα

Το πίσω μέρος του οχήματος είναι το πιο εύκολα παραβλέπεται, αλλά στην πραγματικότητα η λογική ρύθμιση της ουράς του τρέιλερ και της πίσω πλευράς μπορεί να κάνει το σημείο διαχωρισμού ροής αέρα να καθυστερήσει προς τα πίσω, γεγονός που συμβάλλει στη μείωση της περιοχής αρνητικής πίεσης πίσω από το κιβώτιο φορτίου.

Στο "Flying Trailer" που κυκλοφόρησε από τη Mercedes-Benz και στα "Low Wind Resistance Vans and Semi-Trailers" που λανσαρίστηκαν από αρκετούς Κινέζους κατασκευαστές, μπορούμε να δούμε την ύπαρξη του "tailbone σε σχήμα σκάφους". Μελέτες έχουν δείξει ότι με αυτόν τον τύπο δομής, η αντίσταση του αέρα μπορεί να μειωθεί περαιτέρω κατά 10-15%.