2021年7月2日消息,劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的工程师使用风洞测量和计算流体动力学模拟证明,空气动力学集成的车辆形状可以减少侧风中的车身轴阻力,产生了巨大的负前压,从而有效地“拉着”车辆迎风向前,很像一艘帆船。该研究发表在美国国家科学院院刊上。


新型重型车辆(如半卡车)的外观,使其在整个长度上以平稳、连续的方式进行空气动力学整合,可以减少阻力、提高燃油效率并减少碳排放。


工程师设计了突破性的重型车辆:减少侧风中的车身轴阻力,大大提高了燃油效率

图片来源:劳伦斯利弗莫尔国家实验室


在美国,国内货运以重型车辆为主,约占总货运重量的 81% 和货运总价值的近 86%。尽管重型车辆仅占所有道路车辆的 4%,但它们占所有与交通相关的燃料消耗和温室气体排放的 20% 以上。导致重型车辆燃油经济性低(每加仑约 6 英里)的效率低下的主要来源之一是它们相对较大的车身轴阻力。


该研究的主要作者、LLNL 计算机科学家 Kambiz Salari 说:“未来石油使用和碳排放的减少将在很大程度上依赖于提高重型车辆货运效率。我们提出了一种解决方案,可以彻底改变卡车运输业,提高燃油效率,同时通过减少碳排放来减轻地球的负担。”


目前使用的减阻装置包括船尾板、拖车裙板和拖拉机侧面和车顶扩展器。船尾板增加了拖车底部压力,而拖车裙边和拖拉机侧面和车顶延伸板分别减少了拖车和拖车车轮前面的侧风量。


工程师设计了突破性的重型车辆:减少侧风中的车身轴阻力,大大提高了燃油效率

NASA Ames 7x10 风洞中的卡车模型。图片来源:劳伦斯利弗莫尔国家实验室


“然而,虽然这些简单的装置显着减少了阻力,但现代重型车辆的固定形状限制了显着的收益,”该论文的合著者 LLNL 工程师 Jason Ortega 说:“对这一限制的根本解决方案是完全重塑重型车辆的外观,使其沿其整个长度以平滑、连续的方式进行空气动力学整合,而不是通过单独的附加设备的临时拼凑而成。”


该团队表示,新提议的形状看起来类似于子 弹 头列车的设计,其产生的车身轴阻力值显着低于现代重型车辆的阻力值。


虽然阻力的减少来自额外的正面流线型,但制造商也必须特别注意整个形状。


“对于后续设计,应采用空气动力学形状优化技术,以在空气动力学集成形状内保留有用的货物体积,同时最大限度地减少阻力并解决侧风中对车辆稳定性的任何可能影响,”Salari 说。


平滑空气动力学集成的未来应用可以对重型车辆货运部门产生根本性影响,该部门在 2017 年消耗了超过 300 亿加仑的柴油。阻力每减少 1%,重型车辆的燃料使用量就会减少 0.45%。高速行驶的车辆。


“这项研究中提出的阻力值突出了在整个美国显着减少石油消耗和碳排放的潜力,”奥尔特加说。



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