Aerodynamische Widerstandsreduktion einer Kolonne aus generischen Sattelzügen mit Luftleitblechen bei realistischen Randbedingungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christian Nayeri
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326917008

Der Großteil der vom Straßenverkehr verursachten CO2-Emissionen in der Europäischen Union wird Schwerlastfahrzeugen zugeschrieben, welche ca. 30% des Treibhausgases erzeugen, obwohl sie lediglich 4 % aller Straßenfahrzeuge repräsentieren. Politik und Industrie haben daher ein großes Interesse, den Treibstoffverbrauch dieser Fahrzeuge zu senken. Auf Autobahnen verursacht der aerodynamische Widerstand ca. 40 % der Gesamtverluste eines typischen 40 t Sattelzuges. Dabei entsteht der überwiegende Anteil am Heck in Form eines großen Totwassergebietes. Insbesondere in den USA wurden daher in den vergangenen 10 Jahren große Anstrengungen unternommen, kommerzielle Lösungen zu entwickeln, die den aerodynamischen Widerstand deutlich senken können (base flaps). Der Einfluss dieser Luftleit¬bleche wurde in den vergangenen Jahrzehnten grundlegend untersucht, sodass ihr Einsparpotential bei einzelnen Sattelzügen hinreichend bekannt ist. Daher wurde 2015 in der EU durch eine Änderung der Gesetzgebung der Anbau solcher Elemente bis zu einer Länge von 0,5 m zugelassen. Des Weiteren eröffnen aktuelle Fort-schritte auf dem Gebiet des automatisierten Fahrens neue Möglichkeiten der Luftwiderstandsreduktion durch Kolonnenfahrten mit sehr kleinen Abständen. Allerdings wird die Wirkung von angewinkelten base flaps durch die Kolonnenanordnung stark beeinträchtigt, da das Strömungsfeld erheblich modifiziert wird. Demzufolge unterliegt auch ein Folgefahrzeug deutlich geänderten Anströmbedingungen im Vergleich zu einem Einzelfahrzeug. Die Strömungsbeeinflussung durch Luftleitelemente kann sowohl die optimalen Abstände als auch den optimalen Anstellwinkel bei Kolonnenfahren beeinflussen und somit zu einer nachteiligen Wirkung führen. Daher besteht die Notwendigkeit die Kombination beider Technologien (Luftleitelemente und Kolonnenfahrt) im Detail zu untersuchen. In dem Vorhaben sollen daher Richtlinien erarbeitet werden, die auf dem grundlegenden Verständnis der strömungs-mechanischen Vorgänge in einer Kolonne aus generischen Sattelzügen mit und ohne Luftleitele-mente zur Erzielung der maximalen Luftwider-standreduktion der einzelnen Körper als auch der Gesamtkolonne basieren. Der Einfluss des Anstellwinkels, des Fahrzeugabstandes und der Fahrzeuganzahl auf das Strömungsfeld und auf die Widerstandsbeiwerte soll untersucht werden. In den meisten bekannten Arbeiten wurde der Bodeneffekt durch einen stationären Boden und in einigen wenigen durch ein Laufband berücksichtigt. Das beantragte Projekt nutzt dagegen einen besonderen experimentellen Aufbau: Ein 250 m Schleppkanal ermöglicht die Untersuchung tief getauchter Modelle über einer stationären Plattform zur Simulation eines realitätsnahen Bodeneffekts bei hohen Reynoldszahlen. Mit den Ergebnissen können innovative Technologien entwickelt und realisiert werden. Durch adaptive Luftleitelementen und automatisiertes Fahren kann der Luftwiderstand zukünftiger Nutzfahrzeuge und dadurch auch die CO2-Emission deutlich gesenkt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Christian Oliver Paschereit