Η βέλτιστη διαχείριση των αεροδυναμικών αντιστάσεων είναι μία από τις παραμέτρους που καθορίζουν την αποδοτικότητα των οχημάτων κάθε κατηγορίας, των φορτηγών συμπεριλαμβανομένων. Το πόσο σημαντική είναι η μείωση των αεροδυναμικών αντιστάσεων για να εξοικονομηθεί καύσιμο, φαίνεται από ένα και μόνο νούμερο: σε έναν τυπικό ευρωπαϊκό τράκτορα μεγάλων αποστάσεων, απαιτείται το ένα τρίτο περίπου της διαθέσιμης μηχανικής ενέργειας για να υπερνικηθεί η αντίσταση του αέρα.

Μέχρι πριν από μερικά χρόνια, ο συντελεστής αεροδυναμικής αντίστασης –συντελεστής οπισθέλκουσας Cd- ενός φορτηγού ήταν πρακτικά αντίστοιχος ενός… διαμερίσματος καθώς, η αυτοκινητοβιομηχανία έδινε βάρος σε άλλους τομείς στην κατηγορία των βαρέων οχημάτων.

Σε σχέση με ένα επιβατικό αυτοκίνητο, ένα φορτηγό έχει σημαντικά μεγαλύτερη μετωπική επιφάνεια, η οποία είναι μάλιστα κάθετη προς τη ροή του αέρα. Οι κατασκευαστές όμως, δεν έδιναν ιδιαίτερη σημασία καθώς, οι αεροδυναμικές αντιστάσεις αποκτούν μεγάλη σημασία για τη μείωση της κατανάλωσης από τα 60 χλμ./ ώρα και πάνω, τη στιγμή που ένα φορτηγό κινείται στο μεγαλύτερο μέρος της ζωής του με πιο μικρές ταχύτητες, κι επίσης ήταν γενικά αποδεκτό ότι, πολύ δύσκολα θα μπορούσε να αλλάξει το σχεδόν τετράγωνο σχήμα μιας καμπίνας φορτηγού.

Την τελευταία δεκαετία αυτό έχει αλλάξει, με τους κατασκευαστές να ξοδεύουν πολλή φαιά ουσία στο πώς να μειώσουν το συντελεστή αεροδυναμικής αντίστασης. Πρωτοπόρος σε αυτή την κατεύθυνση η Mercedes, βελτιώνει αδιάκοπα το Actros, αξιοποιώντας την αεροδυναμική σήραγγα που διαθέτει στις εγκαταστάσεις της, και την οποία είχαμε την ευκαιρία να επισκεφθούμε.

Αεροδυναμική σήραγγα

Από τη στιγμή του λανσαρίσματος του μοντέλου νέας γενιάς το 2011, μέχρι το ανανεωμένο μοντέλο του 2019, η κατανάλωση του Actros έχει μειωθεί κατά 15% χάρη στις καίριες επεμβάσεις των μηχανικών και σχεδιαστών του κατασκευαστή. Αυτό επιτεύχθηκε χάρη στο αναβαθμισμένο προγνωστικό σύστημα PPC, τις νέες τελικές σχέσεις μετάδοσης για τον πίσω άξονα, και τις έξυπνες επεμβάσεις στην αεροδυναμική συμπεριφορά των επιφανειών του αμαξώματος της καμπίνας. Σε ό,τι άπτεται της αεροδυναμικής, οι δοκιμές εξέλιξης έγιναν στις εγκαταστάσεις της Mercedes στο Unterturkheim, στη Στουτγκάρδη. Εκεί, μηχανικοί εξέλιξης εξομοιώνουν τις συνθήκες ροής του αέρα πάνω σε ένα όχημα στην αεροδυναμική σήραγγα με τη βοήθεια ενός γιγάντιου αξονικού ανεμιστήρα, με σκοπό να βελτιώσουν τον συντελεστή αεροδυναμικής αντίστασης (Cd) και κατά συνέπεια, την αποδοτικότητα ενός οχήματος.

Ειδικά για τα MirrorCam, τις κάμερες που αντικαθιστούν τους καθρέπτες, ένα σύστημα που δεν είχε τοποθετηθεί ποτέ πριν σε φορτηγό παραγωγής, οι δοκιμές στην αεροδυναμική σήραγγα απεδείχθησαν καθοριστικές: τόσο για τον σχεδιασμό του κελύφους των καμερών, όσο και για την ιδανική θέση στην οποία θα έπρεπε να τοποθετηθεί στην αριστερή και δεξιά πλευρά του Actros.

Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς εξωτερικούς καθρέπτες, τα MirrorCam είναι καρφωμένα≫ πάνω στον σκελετό της οροφής. Σύμφωνα με τη Mercedes, από τα MirrorCam μόνο, προέρχεται μείωση της κατανάλωσης καυσίμου κατά 1,5% σε σχέση με ίδιο όχημα που ≪φοράει≫ συμβατικούς καθρέφτες: ως γενικός κανόνας, ο συντελεστής οπισθέλκουσας πρέπει να βελτιωθεί κατά 10% ώστε η κατανάλωση καυσίμου να μειωθεί 3%.

Μηχανολογία και αισθητική

Η σήραγγα επιτρέπει στους μηχανικούς να δημιουργήσουν ταχύτητες ανέμου που αγγίζουν τα 250 χλμ./ώρα. «Εδώ, παράλληλα με τους υπολογισμούς ροής με υπολογιστές - δηλαδή ψηφιακές προσομοιώσεις με υπολογιστική ρευστότητα (CFD) - πραγματοποιήθηκαν δειγματοληπτικοί έλεγχοι για να επιβεβαιωθεί η αεροδυναμική βελτίωση όλων συνιστωσών≫, λέει ο Michael Hilgers, Επικεφαλής CAE Vehicle Functions in Commercial στο τμήμα εξέλιξης επαγγελματικών οχημάτων της Mercedes-Benz. Επιπλέον, οι αεροδυναμικές μετρήσεις επικυρώνονται κατά τη διάρκεια δοκιμών σε πραγματικές συνθήκες στο δρόμο, καθώς καλές οι εξομοιώσεις σε εργαστηριακό περιβάλλον, αλλά θα πρέπει να πιστοποιηθούν και σε πραγματικές συνθήκες. Οι μηχανικοί επωφελούνται έτσι από την επιβεβαίωση (ή μη) των αλλαγών που πραγματοποιούν, οι οποίες μπορούν έπειτα να χρησιμοποιηθούν για να κάνουν τα φορτηγά παραγωγής της Mercedes-Benz ακόμη καλύτερα ως προς την αεροδυναμική τους συμπεριφορά.

Δεν αρκεί όμως κάτι να αποδίδει καλά στην αεροδυναμική σήραγγα –πρέπει να εντάσσεται αρμονικά και στη σχεδιαστική ταυτότητα του κατασκευαστή, οπότε η συνεργασία μεταξύ σχεδιαστών και μηχανικών κρίνεται απαραίτητη. Ο συντονισμός με τους συναδέλφους από άλλους βασικούς κλάδους, ιδίως μεταξύ των σχεδιαστών και της ομάδας παραγωγής, είναι απαραίτητος για την εργασία των εμπειρογνωμόνων της αεροδυναμικής. «Ο στόχος κατά την ανάπτυξη ενός φορτηγού είναι πάντα να βρεθεί από κοινού η καλύτερη λύση», λέει ο Kai Sieber, Επικεφαλής Σχεδιασμού, Brands & Operations της Mercedes-Benz. «Για παράδειγμα, οι βραχίονες κάμερας του MirrorCam προσδίδουν στο νέο Actros μια καθαρή εμφάνιση. Οπτικά, καθώς το εστιακό σημείο του οχήματος μετατοπίζεται προς τα κάτω, από την παράλειψη των μεγάλων καθρεφτών το σχέδιο γίνεται πολύ “δυνατό”, ενώ η απαλοιφή των καθρεφτών χρησιμεύει επίσης για την οπτική υπογράμμιση του δυναμισμού του οχήματος, κι όχι μόνο για την εξοικονόμηση καυσίμων».

Η αναζήτηση του ιδανικού

Πώς ακριβώς λοιπόν η δουλειά της ομάδας στην αεροδυναμική σήραγγα συνέβαλε στην περαιτέρω βελτίωση της αεροδυναμικής του νέου Actros; Για παράδειγμα, μέσω δοκιμών στις οποίες προσδιορίστηκε η καλύτερη θέση για τους βραχίονες κάμερας του MirrorCam. Πιθανές θέσεις στην αρχή των δοκιμών, ήταν το άνω και το κάτω τμήμα της κολώνας (A-pillar) και το πάνω μέρος της δεύτερης κολώνας (B-pillar). Για αυτές τις δοκιμές χρησιμοποιήθηκε ένα πραγματικό Actros, στο οποίο αντικαταστάθηκαν οι εξωτερικοί καθρέφτες με πρωτότυπα των βραχιόνων κάμερας - τοποθετημένα το ένα μετά το άλλο στις τρεις θέσεις δοκιμής. Το φορτηγό τοποθετήθηκε στη γεφυροπλάστιγγα στο αεροδυναμικό τούνελ και οι ανεμιστήρες άρχισαν να το «γδέρνουν» με θυελλώδεις ανέμους.

Η χρήση μιας γεφυροπλάκας επέτρεψε στους μηχανικούς να μετρήσουν την αεροπορική δύναμη που επενεργούσε στο όχημα καθώς ο αέρας έρεε γύρω από αυτό. Μετά από κάμποσες εργατοώρες, το συμπέρασμα ήταν ξεκάθαρο -η καλύτερη θέση για τους βραχίονες της κάμερας βρίσκεται στην κολόνα Α στην περιοχή του άκρου της οροφής.

Ορατότητα ίσον ασφάλεια

Σχεδιαστές και μηχανικοί τέλος, αναζητούσαν επίμονα μια λύση που θα εμπόδιζε το ≪σκληρό≫ ηλιακό φως από το να μείωνε τις επιδόσεις των καμερών του MirrorCam. Σε αυτές τις δοκιμές επικράτησε τελικά, ως βέλτιστη λύση, η μικρή «κουκούλα» με την οποία εξοπλίζονται οι βραχίονες MirrorCam: αν παρατηρήσεις τα μπράτσα των MirrorCam, βλέπεις ότι, το πάνω μέρος εκτείνεται λίγο προς τα πίσω, σαν μία μικρή τέντα που προστατεύει τους φακούς των καμερών. Οι μηχανικοί συμμετείχαν επίσης στην ανάπτυξη των νέων, κοίλων πλευρικών εκτροπέων της καμπίνας. Οι νέοι πλευρικοί εκτροπείς της καμπίνας συμβάλλουν σημαντικά στην καλύτερη διαχείριση του αέρα.

Εκτός από τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου, οι μηχανικοί εστίασαν επίσης στην εκτροπή ακαθαρσιών και βρωμιάς από το όχημα κατά τη διάρκεια των δοκιμών αεροδυναμικής σήραγγας και των αναλύσεων CFD. Ειδικά για περιοχές που σχετίζονται με την ασφάλεια/ορατότητα, όπως το παρμπρίζ και τα πλευρικά παράθυρα, και τους φακούς των βραχιόνων κάμερας. Η αεροδυναμική επηρεάζει άμεσα πόση βρωμιά εκτοξεύεται από το όχημα προς το ίδιο, όσο και προς τα οχήματα των υπόλοιπων χρηστών του δρόμου.

Ανεμοδαρμένα «αστέρια»

Η αεροδυναμική σήραγγα στο Unterturkheim είναι διαθέσιμη στους σχεδιαστές και μηχανικούς της Mercedes-Benz για οκτώ δεκαετίες. Μέσω του συνεχιζόμενου εκσυγχρονισμού, οι εγκαταστάσεις διατηρούνται ή και ξεπερνούν το επίπεδο της τρέχουσας τεχνολογίας. Δύο κινητήρες συνεχούς ρεύματος, κάθε ένας με ισχύ 250 kW, ρυθμίζουν τον ανεμιστήρα αξονικού άξονα εννέα λεπίδων με τη διάμετρο των 8,5 μέτρων – τόσο ισχυρό ώστε να μπορεί να δημιουργήσει ριπές ανέμου ταχύτητας έως 250 χλμ./ώρα. Για να γίνει αυτό, περίπου 9.000 κ.μ. αέρα διοχετεύονται οριζόντια μέσω του καναλιού σε σχήμα δακτυλίου μήκους 125 μέτρων. Στο κλειστό κτήριο όπου διεξάγονται οι δοκιμές, το όχημα στέκεται σε έναν περιστρεφόμενο δίσκο με διάμετρο δώδεκα μέτρων, έτσι ώστε να μπορεί να εκτεθεί στην ροή του ανέμου όχι μόνο εμπρός, αλλά και πλευρικά σε οποιαδήποτε επιθυμητή γωνία. Στο πλαίσιο της περιστρεφόμενης πλατφόρμας ενσωματώνεται εκτός από ένα δυναμόμετρο και μια πλάστιγγα ζύγισης έξι τμημάτων. Χρησιμοποιείται για τον ακριβή προσδιορισμό πολλών δυνάμεων, συμπεριλαμβανομένης της ισχύος του τεχνητά παραγόμενου ανέμου. Οι δυνάμεις μεταδίδονται έτσι ώστε να δρουν πάνω σε cells μέσω μοχλών και ράβδων και να μπορούν έτσι να αξιολογηθούν.