Оценка влияния аэродинамических конструкций на топливную экономичность автомагистрального транспорта

Существует множество способов повышения эффективности использования фур в доставке грузов. Одним из них считается увеличение скорости движения, где существенную роль, особенно в движении автопоездов, играет аэродинамическое сопротивление. Развитие технологий по снижению аэродинамического сопротивления позволит рационально использовать автомагистральный транспорт на большие расстояния, тем самым увеличивая экономический эффект (сокращение расхода топлива) и экологический эффект (уменьшение выбросов).

Расход топлива при движении магистральных автопоездов распределяется таким образом: 30% – на движение, 35% – на сопротивление шин, на остальное – аэродинамика. Поэтому аэродинамике уделяют большое внимание. Скоростной режим автомобиля напрямую влияет на расход топлива.

Повышение скорости влечёт за собой и увеличение потребления энергии на преодоление силы аэродинамического сопротивления. Потому неправильное расположение обвесов на кабине или кузове увеличивает парусность. Повреждённый спойлер, выступающий груз, опущенное стекло на скорости выше 80 км/ч в общих объёмах повышает расход дизельного топлива до 30%. Сокращение динамического сопротивления ведёт к постепенному снижению затрат на доставку грузов.

Итак, начнём с основных понятий. Сила аэродинамического сопротивления пропорциональна квадрату скорости и определяется формулой

,

где  – коэффициент аэродинамического сопротивления (обтекаемости), Н с²/м⁴; V – скорость движения автомобиля относительно воздуха, м/с; F – площадь лобового сечения автомобиля, м².

Грузовые автомобили и автопоезда относятся к числу плохо обтекаемых автотранспортных средств. При этом, если плохая обтекаемость грузового автомобиля из-за невысоких скоростей движения сравнительно мало влияет на его технико-эксплуатационные показатели, то применительно к высокоскоростным магистральным автопоездам её влияние становится определяющим в борьбе за повышение их топливной экономичности, безопасности, динамичности и экологичности.

Результаты проведённых концептуальных и параметрических модельных исследований и их последующий анализ позволили выбрать наиболее эффективные аэродинамические устройства.

Рис. Достигаемое снижение коэффициента Сх при установке аэродинамических устройств на седельном и прицепном автопоездах

На рисунке приведены результаты испытаний разработанных аэродинамических элементов на моделях седельного и прицепного автопоездов. Рассмотрение представленных данных показывает, что установка комплектов разработанных аэродинамических элементов на моделях седельного и прицепного автопоездов снижает значение коэффициента Сx при нулевом угле натекания потока на 41 и 46% соответственно. Необходимо отметить, что значительное снижение коэффициента Сx при кососимметричном натекании воздушного потока обеспечивается за счёт установки задних боковых щитков на кабине и кузове и нижних боковых щитков на тягаче и прицепе.

Ситуация улучшается, если применяются боковые щитки, закрывающие пространство между передними и задними колёсами грузовика [1].

Результаты тестирования аэродинамических конструкций

Компания MVT Solutions Certified™ (США) в 2021 году протестировала TRANSTEX® EDGE SKIRT™ (аэродинамическую юбку) на 48-футовых трейлерах-фургонах. Экономия составила 5,22 галлона на 1000 миль (5,22%). Исходя из ежегодного пробега в 125 000 миль, экономия составляет 653 галлона в год. При цене 2,551 доллара за галлон (средняя розничная цена дизельного топлива в 2020 году) это соответствует экономии топлива в размере 1665 долларов в год.

Так же компания протестировала Aerovolution Booster-Tail (аэродинамический хвостовик), который показал экономию топлива 5,04 галлона/1000 миль (4,18%) на 53-футовом прицепе-фургоне.

Полный отчёт включает в себя инструкции по расчётам и более подробную информацию о проведённых тестах, с которыми мы сейчас ознакомимся.

Для тестирования топливной экономичности MVT Solutions использует систему сбора данных и датчики специально для таких испытаний. Этот стиль тестирования заимствован из разработки гоночных автомобилей, где надёжные данные датчиков имеют решающее значение для понимания модификаций автомобиля.

Единицы измерения галлон/1000 миль более надёжно рассчитывают экономию топлива по сравнению с другими единицами измерения, такими как мили на галлон (MPG) и проценты (%). Эти единицы подвержены ошибкам из-за изменения переменных, таких как базовая топливная экономичность автомобиля, нагрузка, поведение водителя и рабочий цикл.

Экономия топлива, полученная в результате данного испытания, может быть рассчитана следующим образом:

Пример: Экономия топлива EDGE SKIRT™ составляет 1,24 л/100 км, а пробег составляет 200 000 км ежегодно:

.

Таким образом, EDGE SKIRT™ на 48-футовом сухогрузном фургоне сэкономит 2 480 литров топлива в год для этого автомобиля, проезжающего 200 000 км.

Финансовые расчёты можно произвести, умножив сэкономленное топливо на цену топлива:

Экономия (руб/год)=(Экономия топлива)×(Цена топлива).

Пример: Используя приведённый выше пример и среднюю розничную цену дизельного топлива в России в 2022 г., равную 54 руб/литр, получаем:

Таким образом, EDGE SKIRT™ сэкономит 133 920 рублей в год на топливе для автомобиля, проехавшего 200 000 км.

Покупатели технологий экономии топлива крайне заинтересованы в экономии денег. Для того, чтобы поставщик технологии был успешным, его технология должна экономить деньги потенциальных клиентов, и многие автопарки считают количество месяцев, необходимых для того, чтобы технология окупилась в качестве покупательской квалификации, что в грузоперевозках называется "окупаемостью" или иногда ROI.

Пример: 110 000 рублей стоимость продукта

Таким образом, при стоимости продукта 110 000 рублей EDGE SKIRT™ окупится за 10 месяцев (т.е. окупаемость или ROI).

Поскольку конечной целью является экономия денег, расчёт прибыли является еще одним важным фактором.

Примечание: в этих расчётах учитывается только топливо и цена покупки, но не техническое обслуживание.

Прибыль(руб)=(Экономия)-(Цена) 

Пример: 110 000 рублей стоимость продукции. Используя годовые значения, указанные выше, и 5-летний срок службы прицепа.

 рублей экономия в год, на единицу мощности.

Если перевести это на парк из 1000 грузовиков, то прибыль составит 111,9 млн. в год.

Таким образом, EDGE SKIRT™ на 48-футовом прицепе-фургоне добавит  прибыли на каждое транспортное средство при пробеге 200000 км. Для парка из 1000 транспортных средств это составит 111,9 млн.

Испытания MVTS доказали экономию топлива EDGE SKIRT™ на 48-футовом прицепе сухогрузного фургона результаты были чёткими и точными. EDGE SKIRT™ показал улучшение экономии топлива на 1,24 литра/100 км (5,22%) [2].