Зниження аеродинамічного опору вантажних автомобілів
Велика площа фронтальної проекції та прямокутна, погано обтічна форма кузова вантажного автомобіля та автобуса сприяють виникненню значного аеродинамічного опору. Цей факт особливо важливий, якщо врахувати, що сучасне перевезення вантажів вимагає великих швидкостей, при яких цей опір ще більше зростає.
Максимальна площа фронтальної проекції вантажного автомобіля або автопоїзда обмежена відповідними національними та міжнародними правилами та стандартами та зазвичай повністю використовується. При цьому кузови вантажних автомобілів і напівпричепів за розмірами значно перевищують кабіну автомобіля тягача, і, зокрема, відмінність їх висот негативно впливає на процес обтікання автопоїзда повітрям. У Європі найчастіше використовуються причепи і особливо напівпричепи з висотою 3,6—3,8 м. Ширина їх відповідно до правил дорожнього руху більшості країн не повинна перевищувати 2,5 м. Такий напівпричіп з гострими ребрами перевищує тягач, як за висотою, так і по ширині і порушує безвідривне аеродинамічний обтікання всієї системи «тягач - напівпричіп».
Ще одним фактором, що погіршує обтічність, є широкий зазор між тягачом та причепом. При русі у ньому з'являється сильне завихрення, що викликає зрив повітряного потоку, особливо у боковому вітрі.
Тому у таких вантажних автопоїздів, що мають більшу повну масу, а також більшу площу фронтальної проекції, аеродинамічний опір і опір коченню стають однаковими за швидкості близько 80 км/год. Коефіцієнт Cx цих автопоїздів досягає великих значень, головним чином через погано обтічної форми. На рис. 1 наведено значення коефіцієнта Cx в залежності від кута між напрямком повітряногопотоку та поздовжньої віссю автомобіля (кута натікання) для вантажного автомобіля з причепом А , для сідельного тягача з напівпричепом Б та автобуса В . Біліша обтічна форма, автобуса без бічних зазорів, гострих граней і сходів, менш схильна до впливу бічного повітряного потоку. Поліпшенню аеродинаміки вантажних автомобілів та автопоїздів нині приділяється підвищена увага, оскільки без великих змін можна знизити витрату палива на 8—10 %, що дуже важливо для економічного транспортування вантажів. Дослідження в аеродинамічних трубах показують, що перекриття зазорів між різними по висоті кабіною тягача і кузовом напівпричепа при одночасному поліпшенні форми кузова можна знизити аеродинамічний опір гранично на 48%. Однак на практиці цей максимум недосяжний. У звичайного сідельного автопоїзда Cx = 0,8; установка аеродинамічного щитка на даху тягача покращує його до 0,56, а повне перекривання всіх зазорів, що усуває вогнища завихрення, - до 0,48.
Основна увага спеціалістів зосереджена на аеродинамічному щитку [2], що встановлюється на даху тягача, який можна пристосувати для напівпричепів різної висоти, змінюючи його кут нахилу. Порівняно невеликий щиток відхиляє повітряний потік таким чином, що він без завихрень переходить на даху напівпричепа.
Важливим є також обтікання нижньої частини вантажного автомобіля, вельми ступінчастої та має різновисокі виступи. Тому необхідно обмежити витрату повітря під автомобілем, що досягається за допомогою переднього спойлера, установка якого на відміну від легкового автомобіля має на меті, головним чином, зменшення аеродинамічного опору. Спойлер встановлюється під переднім бампером по всій ширині автомобіля так, щоб йогонижня грань перекривала нижню точку передньої осі. На рис. 3 показано зміну Cx сідельного тягача з напівпричепом в залежності від напрямку повітряного потоку при використанні аеродинамічного щитка і переднього спойлера, отримане в результаті досліджень фірмою «МАН» (ФРН). Незважаючи на те, що частка тягача в загальному аеродинамічному опорі збільшується, воно значно знижується — до Cx = 0,5 . Головною причиною такого зниження є зменшення опору напівпричепа.
Великі аеродинамічні втрати викликає завихрення повітря у зазорі між автомобілем та причепом. У звичайного причіпного автопоїзда (вантажного автомобіля та причепа) загальний Cx = 0,76. Заокруглення вертикальних ребер причепа на його передній стороні можна досягти поліпшення Cx на 5,5%. Подальшим шляхом зниження Cx є встановлення вертикального стабілізатора потоку передньої стінці кузова причепа. Цей стабілізатор розділяє простір між автомобілем-тягачом та причепом на дві частини та обмежує завихрення. В результаті Cx знижується на 65%.
Одночасною установкою стабілізатора та заокругленням ребер досягається поліпшення Cx на 10%. Ще більшого поліпшення – до 12% – досягають повним закриванням зазору між автомобілем та причепом. Пружне з'єднання, що згинається при проходженні повороту, забезпечує швидке розчеплення автопоїзда і зберігає гладку поверхню кузова, дозволяє отримати ще 2% поліпшення Cx.
Описаними вище заходами можна зменшити сумарний аеродинамічний опір на 25-27%, що дає економію палива до 6-8%.
Для подальшого зниження значень Cx при високих швидкостях автомобілів необхідно знижувати передню частину кузова і, якщо можливо, задню. Такий метод був проведений на експериментальномуавтомобілі "Форд Проба IV", у якого передню частину кузова поступово опускали, змінюючи дорожній просвіт від 155 до 25 мм, що викликало поліпшення Cx до 0,157 при вимірюваннях, проведених на реальному автомобілі в аеродинамічній трубі фірми "Пінін Фаріна".
Читайте також
Огляд гібридного автомобіля Chevrolet Volt. Volt - це серійний гібридний автомобіль з підзарядкою від мережі. Він принципово відрізняється від «паралельного» гібрида типу «Toyota Prius».
Двигун Стірлінг є новим можливим джерелом механічної енергії для приводу автомобіля.