V oku orkánu.
Transport Magazine

V oku orkánu.

Aerodynamika je merateľná: Umenie vývojárov zo spoločnosti Mercedes-Benz sa ukazuje v aerodynamickom tuneli.

Actros spotrebúva až o päť percent menej paliva ako jeho predchodca. Dôvodom je aj jeho vylepšená aerodynamika. Dosiahnuť sa ju podarilo prostredníctvom pokusov na počítači, na ceste a v aerodynamickom tuneli.

Obrovský ventilátor by sa dal výborne použiť ako kulisa pre najnovšiu hollywoodsku produkciu, pričom by sa mohol prezentovať ako hnacie ústrojenstvo gigantickej vesmírnej lode. Priemer axiálneho ventilátora je 8,5 metra a každá jeho z lopatiek nalakovaných červenou farbou má dĺžku 2,5 metra. Dnes v tomto zariadení naozaj vidieť objektívy. Nejde o však o žiadne nakrúcanie, ale o fotenie portrétov Michaela Hilgers, vedúceho oddelenia CAE Vehicle Functions v rámci divízie vývoja úžitkových vozidiel Mercedes-Benz.

Hilgers a jeho kolegovia tu, v aerodynamickom tuneli spoločnosti Daimler AG vo štvrti Untertürkheim mesta Stuttgart, rozhodujúcou mierou prispeli k tomu, aby bol Actros ešte aerodynamickejší a dosahoval tým pádom ešte nižšiu spotrebu paliva ako ktorýkoľvek z jeho predchodcov.

Význam aerodynamiky podčiarkuje nasledujúce číslo: V prípade aktuálneho nákladného vozidla používaného v diaľkovej preprave po Európe sa približne tretina dostupnej mechanickej energie používa na prekonanie odporu vzduchu. Čím nižší je tento odpor, resp. čím aerodynamickejšie je nákladné vozidlo, tým nižšia je jeho spotreba. Actros umožňuje v porovnaní so svojím predchodcom usporiť až päť percent paliva. Už samotný aerodynamicky optimalizovaný systém MirrorCam, ktorý nahrádza klasické vonkajšie zrkadlá, sa stará o úsporu paliva vo výške až 1,3 percenta.

Content Actros wind tunnel 01

Michael Hilgers, vedúci oddelenia CAE Vehicle Functions v rámci divízie vývoja úžitkových vozidiel Mercedes‑Benz, prezentuje výkon ventilátora v aerodynamickom tuneli v štvrti Untertürkheim mesta Stuttgart.

Content Actros wind tunnel 04

250

kilometrov za hodinu je hodnota rýchlosti vetra, ktorú dokáže vyprodukovať ventilátor v aerodynamickom tuneli.

Avšak ako vlastne inžinieri vykonávajú testovanie? Ventilátor v aerodynamickom tuneli dokáže v prípade potreby vygenerovať búrku s rýchlosťou vetra až 250 kilometrov za hodinu. Vozidlo sa na účely testov umiestni na točňu s integrovanou váhou. Tak možno simulovať rôzne podmienky obtekania vzduchu.

„Vykonávame náhodné pokusy s cieľom potvrdiť aerodynamické zlepšenie konštrukčných dielov koncepcie.“

Michael Hilgers, vedúci oddelenia CAE Vehicle Functions

Cieľom takýchto simulácií je optimalizovať hodnotu cw, čiže „aerodynamickosť“ nákladného vozidla. „Vykonávame tu náhodné pokusy s cieľom potvrdiť aerodynamické zlepšenie konštrukčných dielov koncepcie“, vysvetľuje Michael Hilgers základný postup. „Paralelne s tým vždy prebieha aj počítačový výpočet prúdenia: digitálna simulácia na základe výpočtovej dynamiky kvapalín (Computational Fluid Dynamics, skrátene CFD).“ Aerodynamické opatrenia sa okrem toho overujú aj pri praktickom používaní na ceste.

V prípade vozidla Actros poskytla práca v aerodynamickom tuneli cenné informácie o dizajne systému MirrorCam, ale aj o umiestnení jeho kamerových ramien na pravej a ľavej strane kabíny vodiča. „Do úvahy prichádzala horná a dolná časť stĺpika A, ako aj horná časť stĺpika B“, vysvetľuje Michael Hilgers.

Content Actros wind tunnel 02

Pohľad na detail I: V prípade vozidla Actros takmer nedochádza k víreniu vzduchu okolo systému MirrorCam.

Content Actros wind tunnel 05

Čelom k prúdu: Pri práci v aerodynamickom tuneli sa vývojári zamerali na kamerové ramená systému MirrorCam a odtrhové klapky kabíny vodiča.

9000

kubických metrov vzduchu sa horizontálne pohybuje v kruhovom tuneli s dĺžkou 125 metrov.

Content Actros wind tunnel 03

Pohľad na detail II: Ani na odtrhových klapkách (na obrázku je pravá strana kabíny vodiča) takmer nedochádza k víreniu vzduchu.

Pri pokusoch bol použitý skutočný Actros, na ktorom boli vonkajšie zrkadlá nahradené prototypmi kamerových ramien, ktoré boli postupné namontované na tri testované pozície. Nákladné vozidlo bolo umiestnené na váhu aerodynamického tunela a spustil sa ventilátor. Váha inžinierom umožnila zmerať aerodynamickú silu, ktorá pri obtekaní pôsobí na vozidlo. Výsledok: Najlepšia pozícia pre kamerové ramená je na stĺpiku A v oblasti hrany strechy.

Rovnako tak sa hľadalo riešenie, ktoré zabráni zníženiu kvality snímania kamery vplyvom rozptýleného svetla dopadajúceho zhora. Pri týchto testoch sa presadila malá strieška, ktorou sú teraz ramená systému MirrorCam vybavené. Inžinieri sa tiež intenzívne podieľali na vývoji nových, konkávne tvarovaných odtrhových klapiek kabíny vodiča. Optimalizované odtrhové klapky takisto prispievajú k tomu, že Actros spotrebúva tak málo paliva, ako ešte žiadny z jeho predchodcov.

Popri znížení spotreby sa inžinieri pri svojich pokusoch v aerodynamickom tuneli a pri analýzach CFD venovali aj téme čistoty zorného poľa. „Pritom ide najmä o bezpečnostne relevantné oblasti, akými sú čelné sklo, bočné okná a šošovky kamerových ramien“, vysvetľuje Hilgers. „Aerodynamika má vplyv na to, koľko nečistôt na vozidlo priľne zo samotného vozidla a z vozidiel idúcich pred ním.“

Dôležitá je nielen samotná práca odborníkov na aerodynamiku, ale aj spolupráca a konzultácia s kolegami z iných hlavných disciplín, najmä s dizajnérmi a konštruktérmi. Pretože nie všetko, čo má priaznivý vplyv na aerodynamiku, je z dizajnového hľadiska žiaduce alebo pre konštruktérov zrealizovateľné.

A naopak, odborníci na aerodynamiku musia vetovať mnohé nápady svojich kolegov. „Všetky zúčastnené strany si však v konečnom dôsledku uvedomujú jednu vec“, zdôrazňuje Michael Hilgers: „Cieľom je spoločnými silami vždy vyvinúť to najlepšie riešenie.“

Aerodynamický tunel vo štvrti Untertürkheim mesta Stuttgart.

Aerodynamický tunel vo štvrti Untertürkheim mesta Stuttgart je vývojárom zo spoločnosti Mercedes-Benz k dispozícii už osem desaťročí. Vďaka cieleným modernizáciám stále spĺňa aktuálne požiadavky kladené na zariadenia takéhoto typu. Dva motory na jednosmerný prúd, každý s výkonom 2.500 kW, uvádzajú axiálny ventilátor do pohybu takou silou, že sa môže dosiahnuť stupeň intenzity vetra 17. Pritom sa v kruhovom tuneli s dĺžkou 125 metrov horizontálne pohybuje približne 9.000 kubických metrov vzduchu. Testované vozidlo stojí na točni s priemerom dvanásť metrov, takže môže byť prúdu vzduchu vystavené nielen čelne, ale v ľubovoľnom uhle aj zboku. V točni je popri valcovej skúšobnej stolici integrovaná aj váha so šiestimi komponentmi. Táto váha umožňuje vysoko presné meranie mnohých síl, medzi nimi aj aerodynamickej sily. Sily sú prostredníctvom pák a sútyčí prenášané na silomery, vďaka čomu ich možno vyhodnocovať.

„Cieľom je spoločnými silami vždy vyvinúť to najlepšie riešenie.“

Michael Hilgers

Fotografie: Daimler, Lars Kruse

Hore