aerodinamicii

Pe lângă creșterea siguranței active și pasive, camioanele trebuie, de asemenea, să devină din ce în ce mai economice în exploatare. Acest lucru este, de asemenea, afectat în mod semnificativ de aerodinamică.

Scăderea rezervelor de petrol din lume și volumul din ce în ce mai mare de transport cu camioane au afectat recent din ce în ce mai mult dezvoltarea noilor generații de camioane. În plus față de creșterea siguranței active și pasive, acestea trebuie să fie mai economice în funcționare și, de asemenea, mai ecologice. Este vorba, în principal, de reducerea consumului de combustibil și a cantității de gaze de eșapament nedorite din gazele de eșapament, în special oxizi de azot NOx, cantitatea de particule (funingine) și cantitatea de dioxid de carbon CO2. Trebuie remarcat faptul că CO2 nu este un poluant direct, ci leagă oxigenul din aer, care lipsește apoi la oameni, animale și plante. Recent, cel mai important lucru este reducerea cantității de CO2, care poate fi realizată doar prin reducerea consumului de combustibil. Care sunt posibilitățile tehnice?

Transport eficient pe tonă

Pe lângă reducerea consumului de combustibil al motorului, respectarea principiilor conducerii economice și îmbunătățirea condițiilor de circulație rutieră, rezistența la conducere trebuie redusă urgent, în special pentru cele mai comune combinații de tractoare cu semiremorci. De ce depinde consumul de combustibil în practică? Consumul de combustibil în litri la 100 km este mai mare cu cât consumul specific de combustibil al motorului este mai mare, cu atât este mai mare puterea și vehiculul este mai lent. Într-o mică măsură, consumul crește și odată cu scăderea greutății specifice a combustibilului.

Cele mai bune motoare diesel de astăzi au cel mai mic consum specific de combustibil dintre toate motoarele cu ardere internă, 186 g/kWh (adică consumă cel puțin grame de combustibil pentru a dezvolta un kilowat pe oră) și ating o eficiență de 46%. Astfel, din punct de vedere al combustibilului, acest transport este relativ ieftin. Acest lucru rezultă și dintr-un exemplu practic: Dacă setul de tractoare de astăzi cu o semiremorcă complet încărcată are o greutate totală de 40 t și consumă în medie 30 l/100 km în avion cu o viteză de 85 km/h, atunci este în termeni de o tonă de trei sferturi de litru de motorină la 100 km. Acest lucru înseamnă că un astfel de motor poate transporta 1000 kg din greutatea totală a vehiculului pe o distanță de 100 km într-un incredibil 0,75 l de motorină, ceea ce - pentru a vă face o idee - corespunde unei jumătăți de sticlă mare de apă minerală . Chiar și unele semiremorci noi ating un consum de combustibil de aproximativ 25 l/100 km la 85 km/h. Astfel, au nevoie doar de 0,6 l de motorină pentru a transporta 1000 kg din greutatea totală pe o distanță de 100 km. Șoferii autoturismelor de astăzi nu pot decât să viseze la un astfel de consum.

Unde sunt rezervele?

Cu consumul redus de combustibil menționat anterior al motoarelor camioanelor, puterea lor este consumată în timpul conducerii pentru a depăși rezistența la conducere. Acestea sunt rezistența mecanismului de transmisie (de la motor la roțile motoare), rezistența la rulare, rezistența la aer, rezistența la înclinare, rezistența la accelerație și rezistența la tracțiune a semiremorcii sau remorcii.

Nu mai există multe oportunități de a reduce consumul de combustibil al motoarelor cu ardere internă. Cu toate acestea, există încă rezerve în utilizarea unităților hibride (combinații de motoare cu ardere internă și motoare electrice) în distribuția mărfurilor, în special în orașe. Aici, când frânăm cu motorul și frânele, energia electrică este stocată în baterii și apoi este utilizată pentru alimentarea vehiculului.

Puterea consumată pentru a depăși rezistența mecanismului de transmisie este de aproximativ 10% din puterea totală a motorului. Aici, cutiile de viteze acționate manual cu alte componente ale sistemului de transmisie au o eficiență relativ ridicată de 90% cu un design optim, pe care nu este nimic de îmbunătățit.

Rezistența la rulare depinde de valoarea coeficientului de rezistență la rulare a anvelopelor și de greutatea totală a vehiculului. Datorită presiunii ridicate de umflare a anvelopelor pentru camioane, coeficientul lor de rezistență la rulare este de aproximativ 0,006, care este de 2,5 ori mai mic decât cel al autoturismelor, care au o presiune de umflare semnificativ mai mică. De asemenea, nu există mari oportunități pentru îmbunătățiri tehnice suplimentare. Interesant, în camioane, presiunea de umflare a anvelopelor are un efect mult mai mare asupra rezistenței la rulare și, astfel, asupra consumului de combustibil, care se datorează greutății totale mari. Un alt fapt interesant este că setul de tractoare cu o semiremorcă cu o greutate totală de 40 t trebuie să depășească rezistența la rulare de 2.354 N, care consumă 55,6 kW putere motor.

Rezistența la urcare depinde de urcarea drumului și de greutatea totală a vehiculului. Există încă câteva posibilități de reducere a greutății vehiculului oferite prin optimizarea construcției acestora și utilizarea materialelor mai ușoare.

Rezistența inerției în timpul accelerației depinde de greutatea totală a vehiculului, dar și de masele sale rotative (motor, transmisie și roți) și, desigur, și de accelerația necesară, care este afectată de tehnica de conducere și de densitatea traficului.

Rezistența la remorcare a unei semiremorci sau remorci este determinată de rezistențe de conducere similare cu cele ale vehiculului de remorcare.

Potențial în reducerea rezistenței la aer

Cu toate acestea, cele mai mari lacune în reducerea consumului de combustibil constau în reducerea rezistenței la aer a tractoarelor cu semiremorci. Între timp, reglementările actuale ale UE, care limitează lungimea totală a camioanelor la maximum 16,5 m, împiedică în mare măsură acest lucru. Acest lucru se datorează faptului că motorul consumă o cantitate considerabilă de putere pentru a depăși rezistența la aer. Această putere depinde în primul rând de pătratul vitezei aerului din jurul vehiculului (în caz de vânt) de viteza de deplasare), de coeficientul de rezistență a aerului vehiculului, de suprafața sa frontală, dar și de densitatea aerului. Prin urmare, atunci când este rece, aerul are o densitate mai mare, astfel încât mașina trebuie să „pătrundă” cu aer mai gros și, prin urmare, are un consum mai mare de combustibil.

În general, cu cât este mai mare puterea motorului, cu atât consumă mai mult combustibil. Din motive de interes, vom afirma că seturile actuale de tractoare cu semiremorcă au un coeficient de rezistență la aer de 0,6 până la 0,8 și o suprafață frontală mai mică de 10 m2. Doar pentru comparație: autoturismele de astăzi au un coeficient de rezistență la aer de la 0,25 la 0,45 și o suprafață frontală de aproximativ 2 m2. Apoi, la o densitate de aer considerată de 1,2 kg/m3, un coeficient de rezistență la aer de 0,8 și o viteză fără vânt de 85 km/h, combinația tractor-remorcă are o rezistență la aer de 2 673 N și motorul trebuie să producă 63 kW până la depășește-l. Când conduceți cu 90 km/h, rezistența aerului crește la 3.000 N și puterea necesară a motorului la 75 kW. Situația este foarte proastă în timpul vântului frontal. De exemplu, dacă vântul ar fi suflat în direcția opusă la o viteză de 40 km/h pe o axă cu un coeficient de rezistență la aer de 0,8 la o viteză de deplasare de 90 km/h, rezistența aerului ar crește la 6 255 N și puterea necesară a motorului la 226 kW.!

Proiect de cercetare industrială

Din aceste motive, producătorii de tractoare Daimler, Iveco și MAN, precum și producătorii de semiremorci Kögel, Krone și Schmitz Cargobull, au petrecut aproximativ un an în exploatarea marelui potențial al industriei auto de rezistență la aer pentru a reduce consumul de combustibil al tractoarelor. cu remorcă. Compania cooperantă FluiDyna GmbH a efectuat toate cercetările numerice și a fost responsabilă pentru construcția modelelor de tunel eolian și pentru măsurători în acestea.

Lucrările de cercetare s-au concentrat pe modelarea părții frontale a tractorului, a peretelui longitudinal al tractorului și a semiremorcii și a părții din spate a vehiculului. Un flux continuu de aer fără pierderi în jurul vehiculului fără a rupe jeturile de aer este crucial pentru o rezistență scăzută a aerului. De asemenea, este important să se modeleze rotunjirile din față, care nu trebuie să depășească o anumită rază minimă. La o viteză de conducere de cel puțin 60 km/h, aceasta este mai mică de 118 mm.

La modelarea longitudinală a vehiculului, este de interes să se obțină un flux lin de aer în jurul șasiului vehiculului. Acest lucru reduce energia debitului în zona inferioară din apropierea vehiculului, reducând astfel viteza medie de curgere. Acest lucru, la rândul său, va avea ca rezultat o creștere mai mică a presiunii din spate a vehiculului. Prin urmare, au fost dezvoltate diferite pardoseli și învelitori laterale, precum și diferite contururi ale acoperișului.

În spatele remorcii se creează un vortex circular. Rotunjirea din spate disipează fluxul de aer din spatele vehiculului și mărește distanța dintre vortexul circular și partea din spate a vehiculului. Zona de vid, care este indicată de un vârtej circular, are astfel un efect mai mic asupra presiunii de bază din spatele remorcii.

Cercetarea a fost efectuată pe un model de camion la o scară de 1: 2,5. Această formă de bază a vehiculului a fost utilizată atât în ​​cercetarea numerică, cât și în cea experimentală. Spoilerul de acoperiș al caroseriei de bază a vehiculului a fost proiectat astfel încât unghiul său de reglare să se conecteze la marginea superioară a remorcii. Din motive de simplitate, nu au fost luate în considerare nici parasolarele, plăcile de ghidare și nici a treia oglindă. Unele părți ale șasiului, cum ar fi cu toate acestea, roțile de rezervă, componentele de acționare și rezervorul au fost luate în considerare deoarece au avut un efect special asupra fluxului de aer.

Dezvoltarea semiremorcii s-a concentrat pe podeaua acestuia, deoarece spațiul de încărcare al tuturor semiremorcilor are o lățime similară de 2,55 m. Podeaua remorcii cuprinde în special grinzi longitudinale și transversale, precum și două roți de rezervă. Datorită realității fluxului din jurul semiremorcii, marginile laterale au fost înclinate la un unghi de 45 de grade. Cele două margini laterale superioare au fost rotunjite la o rază de 25 mm.

Măsurătorile aerodinamice au fost efectuate în tunelul de vânt Daimler AG din Stuttgart. Simularea a determinat coeficientul de rezistență la aer cx = 0,442 și valoarea 0,424 a fost măsurată în tunelul vântului. Această diferență poate fi explicată prin faptul că lungimea modelului vehiculului a depășit ușor dimensiunile căii de măsurare a tunelului.

În ceea ce privește rezistența mai mică

Așa cum era de așteptat, rezistența la aer a camionului în proiectul de cercetare a fost mult mai mică decât la camioanele convenționale, deoarece a omis numeroase detalii care ar afecta negativ fluxul. Partea frontală a tractorului a provocat o mai mică rupere a jeturilor de aer și a zonelor de reflux și, în consecință, mai puține pierderi de energie. Condițiile de presiune din jurul vehiculului, în special, au fost decisive pentru rezistența la aer, deoarece au creat o zonă liniștită alungită în partea din față a vehiculului și o presiune predominant neutră în spate. A existat o presiune aproape constantă în spațiul liber dintre cabina șoferului și remorcă. Acest lucru a provocat presiuni reciproce și efecte de tracțiune pe partea din față a remorcii și pe spatele cabinei. Datorită sistemului de vortex semnificativ de deasupra acoperișului remorcii, stratul de delimitare din apropierea planului de simetrie s-a îngroșat. Manșonul oglinzii a creat un vortex lateral puternic lung, care a avut, de asemenea, un efect semnificativ asupra grosimii stratului limită.

Pe partea frontală a tractorului, au estimat dimensiunea razelor marginilor laterale la 20 până la 150 mm. Conform calculelor, multe rupturi ale jeturilor de aer pot fi evitate la o viteză de 80 km/h dacă razele menționate nu sunt mai mici de 88 mm.

Prin extinderea frontului tractorului cu 500 mm, geometria acestuia poate fi adaptată pentru a crește rotunjirea părții frontale a tractorului. Este posibil ca aceste măsuri să fi redus rezistența generală la aer. Extinzând partea din față a vehiculului, oglinzile laterale au căpătat o importanță deosebită. Acestea contribuie cu zece la sută la rezistența totală a aerului. Un rezultat și mai bun ar fi obținut prin înlocuirea oglinzilor cu un sistem de cameră.

Rezistența la aer va reduce considerabil amplasarea capacelor suplimentare pe partea din spate a vehiculului. Simulările variantelor de capac spate au obținut cu 10% mai puțină rezistență la aer. În special, cercetările au arătat în mod surprinzător că cele mai scurte coperte au cele mai bune rezultate. Capacele inferioare din spatele vehiculului nu s-au îmbunătățit, dar reprezentau un risc semnificativ de prăbușire a unei mașini din spate.

Rotunjirea conceptului de coborâre a acoperișului a început pe prima axă a semiremorcii cu o înălțime de 4,0 m și a ajuns la înălțimi de 3,5 și 3,0 m. Acest lucru a redus rezistența aerului cu 6,8% la 3,5 m și 10% la 3,0 m. Aceste ajustări ar putea fi puse în practică numai dacă pierderea spațiului de marfă a fost compensată prin extinderea vehiculului.

Concluzii finale

Îmbunătățirea aerodinamicii prin optimizarea frontului vehiculului a redus rezistența la aer cu 4,5%, rezultând economii de combustibil de 1,3%. Cu toate acestea, măsurile sunt asociate cu costuri tehnice considerabile, ceea ce le face scumpe de aplicat în practică. Optimizând partea din spate a vehiculului cu capacele setate la un unghi de 13 grade, consumul de combustibil a fost redus cu 2,7%. Cu acest aranjament, vehiculul ar trebui extins cu 400 mm. Dacă directivele UE ar fi adaptate la acest lucru începând să construiască camioane mai lungi, ar avea un impact pozitiv asupra mediului și asupra rentabilității transportului cu camioanele. FluiDyna GmbH a venit, prin urmare, cu o cerere pentru adoptarea de seturi de 18,75 m lungime și utilizarea camioanelor în sistemul EuroCombi. Anul trecut, vehiculele EuroCombi au fost admise la testele rutiere în Germania și, potrivit susținătorilor lor, în următoarele decenii vor avea un impact semnificativ asupra îmbunătățirii mediului și creșterii eficienței transportului rutier.

Pregătit în cooperare cu revista Camioane și afaceri.

Scopul cotidianului Pravda și al versiunii sale pe internet este să vă aducă știri actualizate în fiecare zi. Pentru a putea lucra pentru tine în mod constant și chiar mai bine, avem nevoie și de sprijinul tău. Vă mulțumim pentru orice contribuție financiară.