De snelheid stroomlijnen van het model, ontwikkeld met behulp van computationele vloeistofdynamica-simulaties op de supercomputers van LLNL. Krediet: Lawrence Livermore National Laboratory
Door het exterieur van zware voertuigen, zoals semi-vrachtwagens, opnieuw vorm te geven, zodat ze over de gehele lengte op een soepele, continue manier aerodynamisch zijn geïntegreerd, kan de luchtweerstand worden verminderd, het brandstofverbruik worden verhoogd en de koolstofemissies worden verlaagd.
Met behulp van windtunnelmetingen en computationele vloeistofdynamica-simulaties hebben de ingenieurs van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) aangetoond dat aerodynamisch geïntegreerde voertuigvormen de weerstand op de lichaamsas bij zijwind verminderen, waardoor grote negatieve frontdrukken ontstaan ​​die het voertuig effectief tegen de wind in “trekken”. , net als een zeilboot. Het onderzoek verschijnt in de Proceedings van de National Academy of Sciences.
Binnen de Verenigde Staten wordt het binnenlandse vrachtvervoer gedomineerd door zware voertuigen, die ongeveer 81 procent van het totale vrachtgewicht en bijna 86 procent van de totale waarde van vrachtzendingen afhandelen. Hoewel zware voertuigen slechts 4 procent van alle voertuigen op de weg uitmaken, zijn ze verantwoordelijk voor meer dan 20 procent van al het transportgerelateerde brandstofverbruik en de uitstoot van broeikasgassen. Een van de belangrijkste bronnen van inefficiëntie die bijdraagt ​​aan het lage brandstofverbruik (ongeveer zes mijl per gallon) van zware voertuigen is hun relatief grote weerstand tegen de lichaamsas.
“Toekomstige verminderingen van het gebruik van aardolie en koolstofemissies zullen sterk afhangen van een verbeterde efficiëntie van het vrachtvervoer van zware voertuigen”, zegt LLNL-computerwetenschapper Kambiz Salari, hoofdauteur van het onderzoek. “We hebben een oplossing bedacht die de vrachtwagenindustrie volledig zou transformeren om zuiniger te worden en tegelijkertijd de planeet te helpen redden door de CO2-uitstoot te verminderen.”
De huidige apparaten voor het verminderen van de weerstand die tegenwoordig worden gebruikt, zijn onder andere staartplaten, trailerrokken en zij- en dakverlengingen aan de tractor. Boat-tail platen verhogen de druk op de trailerbasis, terwijl trailerrokken en tractorzij- en dakverlengers de hoeveelheid zijwind op de voorkant van de trailer en de trailerwielen verminderen.
Een vrachtwagenmodel in de NASA Ames 7×10 windtunnel. Krediet: Lawrence Livermore National Laboratory
“Hoewel deze eenvoudige apparaten een opmerkelijke vermindering van de luchtweerstand opleveren, worden substantiële winsten echter beperkt door de vaste vorm van moderne zware voertuigen”, zegt LLNL-ingenieur Jason Ortega, co-auteur van het artikel. “Een radicale oplossing voor deze beperking is om het exterieur van het zware voertuig volledig opnieuw vorm te geven, zodat het over de hele lengte aerodynamisch wordt geïntegreerd op een soepele, continue manier en niet via een ad hoc patchwork van afzonderlijke add-on-apparaten.”
Het team zei dat de nieuwe voorgestelde vorm, die lijkt op een kogeltreinontwerp, de luchtweerstandswaarden op de lichaamsas zou opleveren die aanzienlijk lager zijn dan die van moderne zware voertuigen.
Hoewel de vermindering van de weerstand het gevolg is van extra stroomlijning aan de voorkant, zouden fabrikanten ook bijzondere aandacht moeten besteden aan de hele vorm.
“Voor volgende ontwerpen moeten aerodynamische vormoptimalisatietechnieken worden gebruikt om het nuttige laadvolume binnen de aerodynamisch geïntegreerde vorm te behouden, terwijl de weerstand wordt geminimaliseerd en mogelijke effecten op de voertuigstabiliteit bij zijwind worden aangepakt”, zei Salari.
De toekomstige toepassing van soepele aerodynamische integratie kan een fundamentele impact hebben op de sector van het vrachtvervoer van zware voertuigen, die in 2017 meer dan 30 miljard gallons diesel verbruikte. Elke 1% vermindering van de luchtweerstand leidt tot een vermindering van het brandstofverbruik van 0,45 procent voor een zware voertuig bij snelheden op de snelweg.
“De waarden van weerstand die in deze studie worden gepresenteerd, benadrukken het potentieel om zowel het aardolieverbruik als de koolstofemissies in de Verenigde Staten aanzienlijk te verminderen,” zei Ortega.
Kambiz Salari et al, Aerodynamische integratie produceert een voertuigvorm met een negatieve luchtweerstandscoëfficiënt, Proceedings van de National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2106406118
Proceedings van de National Academy of Sciences
Geleverd door Lawrence Livermore National Laboratory
