Что поможет экономить топливо?
Обзор аэродинамических навесных элементов для тягачей и трейлеров

Специалисты по аэродинамике утверждают, что половину сжигаемого топлива автомобиль на высокой скорости расходует на преодоление сопротивления воздуха. Поэтому если получится сократить динамическое сопротивление, то затраты на доставку грузов можно заметно снизить.

За последние четверть века за рубежом возникли десятки небольших компаний, которые производят различные аэродинамические устройства и устанавливают их на грузовые автомобили и полуприцепы. Их бизнес процветает, так как иностранных автоперевозчиков уже не нужно убеждать относительно полезности аэродинамики. Они давно усвоили, что снижение динамического сопротивления воздуха – это самый малозатратный путь к получению дополнительной прибыли. Попробуем разобраться в существующем многообразии аэродинамических навесных элементов и оценить их эффективность.

Тягач

Желательно, чтобы геометрия автомобиля плавно направляла потоки воздуха вокруг грузовика и всего автопоезда в целом. Для этого в первую очередь необходим спойлер. Идеальным спойлером станет тот, чья форма интегрирована с тыльным оперением кабины.

Но при этом стоит учитывать, что радиус боковых удлинителей кабины может пересекаться с передней стенкой полуприцепа в некоторых критичных точках. Многие автопроизводители самостоятельно разрабатывают боковые отражатели и устанавливают их на шасси. Если бампер, крылья и дефлекторы образуют единый обвес по периметру, то уменьшение динамического сопротивления от этого набора может варьироваться от 5,5 до 6,5 %.

Один их трёх главных источников возникновения динамического сопротивления у типичного автопоезда – это пространство между тягачом и трейлером. Минимизация этого зазора способна оказать существенное влияние на уменьшение воздушного сопротивления всего транспортного средства. Британская компания Don-Bur (Bodies & Trailers) Ltd в апреле этого года представила оригинальную аэродинамическую систему под названием Aeris. Установленный на трейлере отражатель выполнен из мягких материалов, и когда автопоезд приближается к автостраде и начинает достигать крейсерской скорости, пневматический насос системы Aeris нагнетает воздух внутрь устройства. В результате аэродинамическое устройство разворачивается и занимает пространство между тягачом и полуприцепом. Когда транспортное средство снижает скорость движения, воздух из мехов стравливается, что облегчает маневрирование автопоезда. Как сообщили в руководстве компании Don-Bur, установка системы Aeris позволяет добиться снижения расхода топлива на 5 %.

В этом году небольшая фирма Saudi Basic Industries Corporation (SABIC) представила концепт крышного обтекателя, который может заменить классический спойлер. В отличие от последнего оригинальное устройство SABIC не отражает набегающий воздушный поток вверх, а пропускает его через себя и направляет в сторону трейлера самым оптимальным образом. Со слов разработчиков, если их новинку установить на седельный тягач, то он будет на 3 % меньше сжигать топлива, чем аналог с обычным спойлером. Достигается это за счёт ускорения движения воздушного потока через воздуховоды и правильного направления его на крышу полуприцепа. Новый обтекатель уменьшает давление воздуха на тягач, в результате чего происходит резкое падение аэродинамического сопротивления на 5,9 %. Инженеры SABIC использовали при расчётах технологию гидродинамического моделирования (CFD) и уверяют, что их оценки сделаны верно.

Вихревой генератор (Vortex-generator) – это малогабаритное аэродинамическое устройство, состоящее из корпуса с рассекающими воздух лопастями. Их прикрепляют к антикрылу кабины для уменьшения динамического сопротивления. Когда воздух входит в генератор, то его профиль начинает создавать вихревой эффект. Изобретатель этих накладок утверждает, что улучшается стабильность движения автомобиля и достигается сокращения динамического сопротивления на 2–3 %.

Некоторые компании (например, Flow Below сосредоточились на выпуске набора отражателей для уменьшения турбулентности возле ведущей тележки тягача. Ещё 1,3 % экономии топлива можно получить, если смонтировать сплошные колёсные колпаки на ведущие мосты автомобиля. Эти дефлекторы препятствуют проникновению воздуха к ступицам, тем самым улучшая аэродинамику транспортного средства.

Лет 5 назад популярность получили перфорированные брызговики. Mudguard Technologies, LLC совместно с Fleet Engineers Inc даже запатентовали форму и материал своего изделия V-Flap. Хотя, казалось бы, что там патентовать – набил дырок в резинке и продавай! А на вопрос, зачем нужна эта перфорация, специалисты в один голос уверяют: установка «дырявых» брызговиков на грузовик (и про полуприцеп забывать не стоит) снижает турбулентность и эффект паруса возле колеса. То есть обычный брызговик, изготовленный из сплошного материала, создает сопротивление для набегающего воздуха. Если тело брызговика будет прошито отверстиями, то воздушный поток протекает сквозь этот элемент почти беспрепятственно. В итоге экономия топлива составляет 0,5–1 %. При этом брызговик V-Flap отлично справляется со своими прямыми обязанностями и гасит до 70 % всех брызг. Устройство изготовляется из специального синтетического композитного материала, что увеличивает срок службы, сохранение гибкости и эластичности при морозах.

Завершить обзор аэродинамических элементов грузовика я бы хотел новыми системами дистанционного наблюдения. Эти технологии постоянно встречаются почти во всех концептуальных проектах перспективных грузовиков. Делается это по совету специалистов по аэродинамике, которые утверждают, что устранение традиционных зеркал заднего вида существенно снижает динамическое сопротивление воздуха и приводит к экономии 6 % топлива. То, что ранее приходилось видеть, это – камеры, смонтированные в дверях машины. Они транслируют изображение на мониторы внутри кабины. Компания Velvac, Inc. предложила свою оригинальную идею Aero-Cam. Она разработала стильные несущие кронштейны с камерами, которые крепятся к капоту тягача.

Трейлер

Если аэродинамике седельного тягача пристальное внимание уделяют автопроизводители, поскольку плавные формы касаются стайлинга и элемента привлекательности, то изготовители полуприцепов не столь щепетильны в этом вопросе. Поэтому на рынке аэродинамических элементов для трейлеров доминируют небольшие фирмы, способные на крупные инновации. Директор одной из таких, Advanced Transit Dynamics, Inc. (ATDynamics) недавно отметил: «Наихудшей аэродинамической формой полуприцепа, работающего в составе магистрального автопоезда, является большая прямоугольная коробка». С ростом цен на топливо многие автотранспортники осознали этот факт.

Британская компания Don-Bur (Bodies & Trailers) Ltd уже несколько лет экспериментирует с аэродинамичным дизайном и разрабатывает трейлеры модели Teardrop с изогнутым сечением по всей длине крыши. Его характеризует выпуклая передняя стенка, закруглённые углы кромок и юбки-отражатели, закреплённые на шасси. Все эти особенности улучшают воздушный поток, тянущийся по поверхностям полуприцепа, и уменьшают сопротивление воздуха всего автопоезда в целом. Высота передней стенки, как у обычных полуприцепов, – 4 м, далее начинается подъём до отметки 4,5 м и затем плавное снижение до высоты 3,7 м в задней части.

Поскольку тягачи разных производителей отличаются формами и габаритами, то Don-Bur выпускает «именные» трейлеры, рассчитанные для тягачей определённой марки. Британские инженеры считают, что аэродинамика транспортного средства должна рассматриваться как процесс уменьшения динамического сопротивления всего автопоезда в целом, а не отдельных элементов – тягача и трейлера. Конструкция инновационных полуприцепов Don-Bur способна дать автоперевозчику до 10 % экономии топлива в сравнении со стандартным полуприцепом.

Для минимизации уже упомянутого промежутка между «головой» и «фурой» на переднюю стенку полуприцепа монтируют различные по форме носовые купола и отражатели. Делается это для того, чтобы воздушный поток не попадал в это пространство. Поскольку изготовители не могут точно подсчитать экономию исключительно от этого узла, то обычно указывают сокращение расхода топлива на 5,5–6,5 % с учётом установки боковых юбок.

Компания Strick Corporation недавно демонстрировала трейлер NextGen 2.0 и указала, что наличие фронтального обтекателя даёт экономию от 1 до 3 % в зависимости от типа седельного тягача.

Специалисты по аэродинамике рекомендуют устанавливать по периметру нижней кромки полуприцепа юбки-отражатели с такой высотой, чтобы колёс почти не было видно. Такое дополнение способно сократить потребление горючего от 4 до 5 %. Иногда изготовители подобных устройств создают инновационные решения, дополняя конструкции юбок специальными окнами, оптимизирующими воздушные потоки автопоезда. Эти прорези способны добавить в копилку до 0,5 % экономии.

Юбки изготовляют из лёгких и прочных неметаллических материалов. Их можно легко установить на любые трейлеры, а крепёж к ним изготовлен из нержавеющей стали. То есть эти дополнительные навесные комплекты имеют небольшую массу и к тому же могут успешно работать в тяжёлых погодных и дорожных условиях.

Классическая форма юбки за последние годы перестала кого-либо удивлять своей простотой, видимо, поэтому среди производителей появились «революционеры». Одним из них можно назвать фирму EkoStinger, LLC Она создала стреловидное аэродинамическое устройство, которое не даёт встречному ветру проникать к тандему осей, подвески и колёсам полуприцепа. Пресс-релиз компании уверяет, что рассекатель EkoStinger будет гораздо эффективнее, чем боковые юбки. Там же говорится о сокращении турбулентности в районе днища трейлера, к тому же небольшие размеры фартука EkoStinger никто не сможет повредить при пересечении железнодорожного переезда или в других неблагоприятных ситуациях. Экономические показатели от внедрения варьируются от 4 до 6 %.

Ну а Freight Wing Inc. разработала юбки AeroFlex Composite, которые способны уменьшить расход топлива на 7,45 % по сравнению со стандартным полуприцепом. Испытания на экономическую эффективность юбок Freight Wing проводились по стандарту SAE / TMC J1321 в лаборатории исследовательского центра Transportation Research Center. Элементы AeroFlex Composite изготовляют из лёгких и долговечных композитных материалов DMP и поэтому не боятся контакта с поверхностью дороги, им не страшны морозы, на них не налипает снег и лёд. Общая масса этих дополнительных устройств с крепежом не превышает вес 76,5 кг.

Свои тесты с 53-футовым (16-метровым) полуприцепом провели в аэродинамической трубе и специалисты фирмы Laydon Composites Ltd. Они испытывали там свою юбку, выполненную на всю длину полуприцепа. Как оказалось это устройство способно сократить потребление топлива от 5 до 6 %. Затем тестами занялись инженеры шинного гиганта Goodyear. В их резюме значилась экономия уже 6,3 %, при условии, что трейлер оснащён шинами Goodyear. Кроме прогнозируемого эффекта, испытатели неожиданно обнаружили ещё один аспект: колёса трейлера оказались на 10 °С холоднее, чем у обычных фур! К тому же они были защищены от прямого воздействия солнечных лучей. То есть шины, закрытые аэродинамическими пластиковыми колпаками, будут служить дольше.

В этом году появилась дугообразная юбка Laydon TS225, профиль которой огибает тандем осей полуприцепа и отражает воздушный поток от этого узла. Её главными достоинствами остаются 5 %-ная экономия, малый вес (приблизительно 50 кг) и небольшая стоимость (в пределах $800).

Компания Smart’s Truck & Trailer Equipment запатентовала свою оригинальную систему аэродинамических элементов под названием Trailer UnderTray System. Пластиковая объёмная форма крепится к днищу перед осями трейлера. Как уверяет SmartTruck, наличие этого устройства обеспечивает перевозчику 5,5 % экономии топлива. При дополнительном оснащении, по словам производителя, экономия может достигнуть 7 %. Этот дополнительный узел необходимо закрепить позади тандема осей.

Необычная конструкция боковой юбки Turbo Skirts появилась в ассортименте VorBlade Product. Она представляет собой набор пластин, установленных на полуприцеп. На первый взгляд внешний вид может показаться абсурдным, но специалисты по аэродинамике утверждают, что её аэродинамические свойства на 25 % превышают возможности подобных элементов, изготовленных из сплошного материала. Кроме этого Turbo Skirts демонстрирует удивительную стабильность транспортного средства при сильном боковом ветре. Этого нельзя сказать про обычные юбки, длина которых приближается к дороге. Необходимо добавить, что инновационная юбка весит всего 45 кг, что значительно меньше пластикового экрана, а монтаж устройства настолько прост, что за него даже денег не берут.

На ежегодной выставке 2015 Technology & Maintenance Council (TMC) компании Strick Trailers и Wabash National Corp. показали свою новейшую разработку – трейлер модели NexGen 2.0. Он полностью экипирован различными аэродинамическими элементами, включая необычные боковые юбки Ventrix DRS, состоящие из отдельных воздухоотражающих панелей.

Со слов специалистов Wabash, подобная форма боковой юбки позволяет на 50 % эффективнее снижать динамическое сопротивление автопоезда по сравнению с юбками традиционной формы. А весь набор навесок NexGen 2.0, в который помимо юбок Ventix DRS входят хвостовой узел AeroFin и фронтальный отражатель, демонстрируют 9 %-ное снижение в потреблении топлива по сравнению с простым «брикетным трейлером».

Хвостовики перестают быть диковинкой на американских автодорогах. Их используют для улучшения воздушного потока вокруг всего автопоезда. Но вот идея экипировать полуприцеп хвостовиком позаимствована у авиаторов. То есть этот элемент по своей форме должен напоминать кормовую часть фюзеляжа воздушного судна. Частная фирма Aerovolution из Олимпии (Вашингтон, США) одна из первых предложила свой вариант кормового аэродинамического устройства. Хвостовик Aero-Tail является надувным навесным элементом, закрепляемым к дверям полуприцепа, и предназначен для уменьшения разрежения ветровой тени, возникающей у полуприцепов-фургонов на скоростях свыше 80 км / ч и ослабления спутного следа, который может тянуться за автопоездом 50 м и мешать управлению при обгоне или встречном разъезде с другим участникам движения.

При установке хвостовик занимает 1,5 м габаритной длины. Испытания автопоезда показали экономию до 3,5 % по сравнению со сцепкой без кормовой навески. При оснащении тягача и полуприцепа всеми видами аэродинамических элементов, включая хвостовики фирмы Aerovolution, экономия топлива у автопоезда стала ошеломляющей – 12 %!

Ещё один популярный изготовитель кормовых узлов – уже упоминавшаяся ATDynamics – выпускает складную группу TrailerTail. При открывании дверей панели, образующие обрезанную пирамиду, убираются в разные стороны. Присутствие этого хвостового элемента улучшает экономию топлива от 5 до 6 %. Как заявил на недавней выставке MATS-2015 представитель ATDynamics, в ближайшее время хвостовой аэродинамический элемент станет отраслевым стандартом для магистральных автопоездов США. «Если сегодня автоперевозчик покупает новый дальнобойный трейлер без «юбки» и без «хвоста», то его гарантированно можно отнести к категории абсолютно сумасшедших», – резюмировал менеджер ATDynamics. И вы знаете, с этим сложно спорить, ведь присутствие «юбки» и «хвоста» на полуприцепе дают не менее 9 % экономии топлива.

Ещё одна американская компания Aerodynamic Trailer Systems, LLC (ATS) производит свою модель хвостовика SmartTail. Его конструкция представляет собой набор воздушных баллонов, скреплённых в специальную форму. SmartTail изготовлен из лёгкого и прочного синтетического полимерного материала. В набор входит пневмонасос, питающийся от 12-вольтовой бортовой сети автомобиля. Инсталлированный в устройство SmartTail датчик скорости автоматически отслеживает этот параметр и при достижении крейсерской скорости даёт команду на закачку воздуха в баллоны хвостовика. Независимые тесты 53-футового полуприцепа, экипированного SmartTail, показали, что экономия топлива составила 4,45 %.

В аэродинамическом концепте Mercedes-Benz «Truck and Trailer 7plus» была реализована другая идея аэродинамического хвостовика. Здесь тыловые панели соединены с дверьми полуприцепа, образуя тем самым плавную аэродинамическую форму трейлера. При открывании дверей никаких проблем с хвостовиком не возникает. Проблемы возникают лишь с законом, так как торчащие направляющие, образующие хвостовик, превышают допустимую длину автопоезда на 400 мм. Форма этой тыльной конструкции очень напоминает фюзеляж самолёта. Европейское решение выглядит очень красиво и эстетично. Наличие этого хвостового конусообразного элемента снижает расход топлива примерно на 3,5 %. Привлекают внимание оригинальные окна в тыльных частях боковых юбок и донное антикрыло. Подобные изыски не встречались у американских автопроизводителей, но их присутствие у немецкого концепта оптимизируют воздушные потоки автопоезда и позволяют уменьшить динамическое сопротивление воздуха на 1–2 %.

Существуют и другие необычные и редкие аэродинамические элементы. Так, немецкая компания JOST Achsen Systeme GmbH разработала и запатентовала устройство под названием JOST SDR. Оно крепится к крыше полуприцепа и представляет собой пластиковую коробку со щелями, предназначенными для рассеивания воздушного потока. Как уверяют конструкторы компании, проводившие испытания своего изобретения в аэродинамической трубе, присутствие устройства JOST SDR на крыше транспортного средства позволяет сократить турбулентность в хвостовой части трейлера наполовину. А это 50 %-ное снижение динамического сопротивления воздуха эквивалентно уменьшению расхода топлива на 4 %. Думаю, найдётся немало желающих обзавестись подобными диффузорами, чтобы начинать экономить на воздухе прямо сейчас, однако фирма не уточняет массу этого устройства и его высоту.

Американская фирма Avantechs Inc. выпускает аэродинамические элементы под названием VorBlade Wing System. Суть системы заключается в правильной установке на крышу и по бортам полуприцепа специальных коробочек с рассекающими крылышками – вихревых генераторов. Необычная геометрия внутренних плоскостей этих элементов была спроектирована при помощи компьютерных программ по расчёту аэродинамических форм и движения воздушных потоков. Как уверяет Эндрю Прасковски, главный технолог фирмы Avantechs, вес всех элементов системы VorBlade Wing System, выполненных из алюминия, не превышает 23 кг, но их установка на трейлер приведёт к уменьшению расхода топлива на 7 %! Именно эти результаты были получены специалистами техасского транспортного института Texas Transportation Institute (TTI) на испытаниях стандартного автопоезда, экипированного вихревыми генераторами VorBlade Wing System. Кроме этого положительного эффекта инженеры TTI заметили, что применение системы VorBlade позволяет повысить стабильность транспортного средства и уменьшить неблагоприятное воздействие боковых ветров. Устройство VorBlade Wing System имеет сертификат EPA SmartWay американского агентства по защите окружающей среды Environmental Protection Agency.

Британская компания Montracon Ltd разработала продвинутый аэродинамический трейлер FST (fuel saving trailer). Этот полуприцеп оснащён множеством описанных в этом обзоре устройств. Но оригинальным элементом FST можно назвать вихревые генераторы Vortex, установленные по периметру задней кромки трейлера. Приклеенные на крышу и боковые стенки специальные корпуса с рассекающими воздух лопастями минимизируют турбулентность и уменьшают динамическое сопротивление. Набегающий воздушный поток, попадая в этот генератор, начинает создавать вихревой эффект. Накладки небольшие, но очень полезные. Их применение позволяет снизить расход топлива на 1–1,5 %.

Сегодня среди автопроизводителей и эксплуатантов почти не осталось скептиков, сомневающихся в полезности аэродинамических устройств, но при этом следует констатировать, что в СНГ, к сожалению, не имеют широкого хождения узлы и элементы, помогающие снизить потребление топлива.