Je leest:

Brandstof besparen door aerodynamische trailer

Brandstof besparen door aerodynamische trailer

Auteur: | 13 juni 2008

Als je een vrachtwagen met trailer zou moeten tekenen, ben je met een rechthoek op wielen al bijna klaar. Dit is altijd al zo geweest; pas sinds kort is er reden het ontwerp te veranderen. Door de hoge brandstofprijzen en de toenemende aandacht voor het milieu, wordt nu volop onderzoek gedaan naar aerodynamische vrachtwagens en trailers.

Prof.dr.ir. Michel van Tooren van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, TU Delft: “In 2005 zijn er in Nederland 10.000 nieuwe opleggers in gebruik genomen. Als bij 50% van die opleggers minstens 5% brandstof bespaard wordt, betekent dat een reductie van 50 miljoen ton CO2-uitstoot per jaar in de sector wegtransport. Dat is zo’n 18% van de totale uitstoot”.

Het CBS kwam in mei 2007 met goed nieuws op het milieufront. De uitstoot van kooldioxide (CO2), door het verkeer in Nederland is in de periode 1995-2005 gedaald met ruim 40 procent. In 2005 werd er 278 miljoen kilo CO2 uitgestoten.

Minder brandstof verbruiken en CO2-uitstoot reduceren: dat zou natuurlijk prachtig zijn. Er wordt dan ook veel onderzoek gedaan naar manieren om het brandstofverbruik terug te dringen. Eén van de opties is het verminderen van luchtweerstand, want minder weerstand betekent dat er minder energie (brandstof) nodig is om voorruit te komen.

Luchtstromen rond de wagen

Om de luchtweerstand van een vrachtwagen te verkleinen, moet eerst worden vastgesteld waar er problemen zijn. Gandert Van Raemdonck is promovendus bij de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek (L&R) en heeft voor dit vraagstuk computational fluid dynamics (CFD) gebruikt. Deze techniek kan luchtstromen rond een vrachtwagen in beeld brengen. Bij CFD berekent de computer wiskundige modellen van de luchtstromen om zo een simulatie te kunnen weergeven. Dit is echter heel ingewikkeld, want hoe ziet zo’n model er precies uit?

Het luchtstroommodel wordt gemaakt met behulp van een CAD-tekening van de vrachtwagen. Dit is een technische bouwtekening die op de computer gemaakt wordt. Alle lucht rond het voertuig wordt verdeeld in blokken: volume-elementen. Van elk element wordt een aantal variabelen berekend, bijvoorbeeld de luchtdruk, dichtheid en temperatuur. Dit levert een grote matrix met getallen: voor elk blok lucht een rij met waarden. Met behulp van deze matrix worden de onbekenden in het model bepaald.

Windtunnel. In deze ruimte stroomt lucht onder gecontroleerde omstandigheden langs de aerodynamische vrachtwagen-trailer en kunnen allerlei metingen worden gedaan. Deze metingen kan de computer weer gebruiken om een visualisatie te geven van de luchtstromen.

Uit onderzoek blijkt dat de meeste luchtweerstand ontstaat aan de onder – en achterkant van de vrachtwagen en in de ruimte tussen de truck en de oplegger. Dit is in de visualisatie te zien aan de krullende lijnen: die geven aan dat er luchtwervelingen zijn. De lucht stroomt hier dus niet goed weg en dit vertraagt de vrachtwagen. Aan de achterkant wordt dit effect het ‘zog’ genoemd (vergelijkbaar met kielzog). Doordat de rijdende vrachtwagen de lucht achter de trailer tijdelijk wegdrukt, ontstaat er gebied met onderdruk. Deze lage luchtdruk remt de vrachtwagen af.

Een wiskundig model geeft een simulatie van de stromen lucht rond een vrachtwagen.

Aan de zijkant of achterop

Er zijn verschillende methoden om een trailer aerodynamischer te maken. Op dit moment zijn vooral zogenoemde sideskirts populair. Sideskirts bestaan al langere tijd, maar werden voornamelijk als versiering aangebracht. In juni 2006 heeft Van Raemdonck patent gekregen op een verbeterd ontwerp dat vooral bedoeld is voor het verminderen van luchtweerstand.

Sideskirts zijn platen die aan de zijkant van de trailer worden gemonteerd. Ze zijn nu zo ontworpen dat ze luchtwervelingen naast en onder de trailer verminderen. (bron: TNT)

Er is ook veel onderzoek gedaan naar manieren om het zog te verkleinen. Allemaal helpen ze de lucht die langs de rijdende oplegger stroomt zo snel mogelijk het vacuüm in achter de vrachtwagen. De luchtstroom kan de scherpe hoek van de zij- of bovenkant naar de achterkant van de trailer namelijk niet zonder hulp maken.

Eén mogelijke oplossing is de ‘boattail’, oorspronkelijk een Amerikaans ontwerp. De uitbreiding achterop de vrachtwagen moet ervoor zorgen dan de lucht daar beter wegstroomt. Van Raemdonck onderzoekt hoe het verder verbeterd kan worden.

De boattail is een soort toeter aan de achterkant van de trailer en deze moet ervoor zorgen dat de lucht daar beter wegstroomt, waardoor het zog minder sterk aan de vrachtwagen trekt.

Extra lucht

Een andere oplossing helpt de luchtstroom de hoek om door er lucht bij te blazen (het Coanda-effect). Achterop de trailer is hierbij een soort omlijsting met blaaspijpjes gemonteerd. De extra lucht die hieruit komt, trekt de stroming over de lijst het zog in. De zuigkracht van het zog op de vrachtwagen daalt daardoor.

Van Raemdonck: “Dit is een veelbelovende methode, maar er moet nog goed gekeken worden naar het rendement. Het bijblazen van lucht vergt tenslotte extra energie en dit kan de winst weer teniet doen”.

Door lucht in het kielzog (onderdruk) achter een vrachtwagen te blazen, wordt die minder sterk afgeremd. De aankomende stroming (bovenkant) wordt meegevoerd met de lucht die uit de blaasgleuf komt.

Veelbelovend

De verschillende methoden zijn zowel in theorie (d.m.v. simulaties) als in de praktijk (op de weg) getest en de resultaten zijn veelbelovend. Zo levert een trailer met aerodynamische sideskirts volgens een wegtest een brandstofbesparing tot 15% op. In theorie kan een boattail dezelfde besparing opleveren, maar wegtesten moeten de eerder behaalde, positieve, resultaten uit de windtunnel nog bevestigen.

Het effect van bijblazen van lucht is nog onduidelijk: uit de Verenigde Staten komen verschillende berichten. In de windtunnel halveerde de luchtweerstand, maar op de weg haalde de maatregel een veel slechter resultaat. Het is echter wel een compacte, praktische oplossing en daarom is Van Raemdonck deze methode nog nader aan het onderzoeken.

Binnen de regels

Als de oplossingen daadwerkelijk helpen, waarom zie je ze dan nog niet op de weg? In geval van de boattail is dit niet zo ingewikkeld: de boattail maakt de trailer langer, maar de vrachtwagen moet nog wel voldoen aan de maximum lengte die in Nederland geldt. De laadruimte zou daarom verminderd moeten worden en dit zien veel transportbedrijven (nog) niet zitten.

Opmerkelijk is dat de boattails in Amerika wel toegestaan zijn. Dit komt door een andere regelgeving: een vrachtwagen mag voor het toevoegen van een aerodynamische constructie de maximale lengte met anderhalve meter overschrijden. Het laden en lossen is echter ook een probleem, de huidige uitvoering zit hierbij behoorlijk in de weg. Er wordt daarom gekeken of de boattail inklapbaar of opblaasbaar gemaakt kan worden.

Sideskirts zijn gemakkelijker toepasbaar. Ze zijn geschikt voor ongeveer de helft van alle bestaande vrachtwagens, doordat de skirts ook achteraf aangebracht kunnen worden. Van Raemdonck is druk bezig zijn ontwerp ‘productieklaar’ te maken. Hij hoopt zijn eerste lading zijvleugels voorjaar 2009 te kunnen leveren.

Dit artikel is een publicatie van TU Delta.
© TU Delta, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 13 juni 2008

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.