АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
AUTOMOTIVE AERODYNAMIC DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для улучшения аэродинамических характеристик транспортного средства (самодвижущегося транспортного средства или прицепа). В частности, изобретение относится к устройству, улучшающему характеристики задней части автомобиля или прицепа, имеющего форму прямоугольного контейнера.
Уровень техники
В последние годы возрос интерес к улучшению аэродинамических характеристик всех транспортных средств. Главной причиной этого является рост стоимости топлива. Улучшение аэродинамических характеристик транспортных средств может способствовать снижению расхода топлива и, следовательно, затрат на него. В частности, компании, специализирующиеся на транспорте и грузовых перевозках, ощущают потребность в снижении затрат на топливо, в связи с чем среди производителей грузовых транспортных средств существует тенденция к выпуску транспортных средств с низким расходом топлива. Многие из грузовых транспортных средств имеют форму прямоугольного контейнера, при этом такую форму имеет в основном их грузовой отсек или прицеп. У такой формы имеются очевидные преимущества, в частности, она обеспечивает размещение максимально возможного количества груза в грузовом отсеке. Тем не менее, задняя часть грузового отсека имеет в данном случае прямые углы и, следовательно, форму, несовершенную в аэродинамическом отношении. Для улучшения аэродинамических характеристик и снижения аэродинамического сопротивления в заднюю часть прицепа или грузового отсека вносят изменения. В отрасли широко используются жесткие конструкции, например аэродинамические профили или аналогичные устройства, монтируемые стационарно с целью улучшения аэродинамических характеристик транспортного средства. Однако такие конструкции, как правило, не подходят для грузовых автомобилей или прицепов, поскольку существует вероятность, что они будут загораживать двери грузового отсека. Поэтому наиболее возможным было бы использование легко монтируемых/демонтируемых конструкций, не препятствующих доступу в грузовой отсек через двери благодаря, например, тому, что они устанавливаются только на дверях. Тем не менее, конструкции такого типа несколько увеличивали бы длину прицепа/грузового автомобиля, а во многих странах существуют ограничения на длину транспортных средств, так что добавление аэродинамического профиля может сделать транспортное средство слишком длинным, и придется уменьшать, то есть укорачивать, сам грузовой отсек. В документе US 4142755 описана конструкция, предназначенная для придания обтекаемой формы задней части прицепа или грузового автомобиля. Эта конструкция состоит либо из жестких стержней, поддерживающих гибкий материал, образующий поверхность конструкции, либо из жесткого козырька. Для решения вышеупомянутой проблемы предлагается использовать устройства, которые можно легко переводить из положения развертывания в положение свертывания и обратно. Подобный вариант осуществления предложен, например, в документе US 5823610, где сказано, что в задней части грузового автомобиля или прицепа предусмотрен надувной баллон, который можно переводить из положения развертывания в положение свертывания и обратно путем сматывания с вращающегося цилиндра или наматывания на него. Когда баллон находится в положении развертывания, его можно наполнить воздухом, так что задняя часть прицепа примет более благоприятную в аэродинамическом отношении форму. Еще один пример надувного воздушного баллона описан в документе US 5375903, где воздушный баллон в спущенном состоянии является неподвижным и накачивается в результате возникновения динамического давления при движении транспортного средства. Воздушный баллон также содержит спойлерный элемент, который при наполненном воздухом баллоне перемещается в положение развертывания, в котором он располагается под углом относительно транспортного средства. В документе US 6409252 также описывается надувная конструкция, предназначенная для улучшения аэродинамики задней части прицепа. В этой конструкции используется надувное устройство, схожее с описанным в US 5375903. В конструкции, описанной в US 6409252, предусмотрены внутренние шнуры, которые проходят горизонтально, обеспечивая устойчивость и разглаживание боковых поверхностей, и вертикально, обеспечивая разглаживание верхних и нижних поверхностей. В документе US 4688841 описано устройство, снижающее аэродинамическое сопротивление транспортного средства за счет самонадувания, обусловленного перепадом давления между наружной и внутренней поверхностями матерчатой оболочки.
Таким образом, известен ряд надувных конструкций, предназначенных для улучшения аэродинамики задней части прицепа или грузового автомобиля. Преимуществами этих конструкций являются их гибкость и способность переходить из рабочего состояния, когда они заполнены воздухом с целью уменьшения аэродинамического сопротивления, в нерабочее, когда они не заполнены воздухом и практически плоские. Тем не менее, такие надувные конструкции сплющиваются, будучи изготовленными не из воздухонепроницаемого материала, или при наличии в них отверстия. Кроме того, для заполнения их воздухом требуется соответствующее устройство. Поэтому существует потребность в гибких конструкциях, в которых отсутствуют вышеуказанные недостатки.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к аэродинамическому устройству для уменьшения аэродинамического сопротивления транспортного средства (автомобиля) или прицепа. Это аэродинамическое устройство предназначено для монтажа в задней части транспортного средства или прицепа или вблизи нее. В частности, настоящее изобретение применимо к транспортным средствам, имеющим форму прямоугольного контейнера, например к обычным грузовым автомобилям, автобусам или прицепам, задняя стенка которых образует в основном прямые углы с боковыми стенками, крышей и днищем. Аэродинамическое устройство содержит гибкий листовой материал. Этот листовой материал в предпочтительном варианте является сминаемым и провисающим, так что он может быть расположен на автомобиле или прицепе таким образом, что он будет свисать вдоль конструкции (далее - "корпус") транспортного средства, будучи в неразвернутом состоянии. Кроме того, этот гибкий листовой материал выполнен таким образом, что в развернутом состоянии он простирается за пределы задней части автомобиля или прицепа. Данный гибкий листовой материал имеет внутреннюю и наружную стороны. Внутренняя сторона обращена к корпусу транспортного средства, когда гибкий лист находится в неразвернутом состоянии, и к продольной оси транспортного средства, когда лист находится в развернутом состоянии. Наружная сторона обращена от корпуса транспортного средства, когда гибкий лист находится в неразвернутом состоянии, и от продольной оси транспортного средства, когда лист находится в развернутом состоянии. Гибкий материал крепится к корпусу транспортного средства таким образом, что его разворачивание происходит как следствие эффекта Коанда. Эффект Коанда приводит к возникновению на наружной стороне гибкого листового материала более низкого давления, чем на внутренней стороне этого материала, при движении автомобиля или прицепа в прямом направлении. Перепад давления зависит от скорости транспортного средства: чем выше скорость, тем больше перепад давления и, следовательно, сила, стремящаяся развернуть лист. Далее согласно изобретению гибкий материал крепится к корпусу транспортного средства с помощью по меньшей мере одного ограничителя таким образом, что этот ограничитель придает требуемую форму гибкому материалу в развернутом состоянии.
Одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в том, что данное аэродинамическое устройство автоматически обвисает, если транспортное средство не движется или движется медленно, так что это устройство не увеличивает существенно длину транспортного средства. Другое преимущество устройства, предлагаемого в настоящем изобретении, состоит в том, что оно функционирует без замкнутого пространства, которое требуется заполнить воздухом, и, следовательно, отсутствует необходимость в каком-либо надувающем устройстве или опасность, что одно отверстие приведет к неисправности всей конструкции. Поэтому гибкий листовой материал может представлять собой просто ткань или лист, не заключающие в себе и не образующие замкнутого пространства. Благодаря исключению замкнутого, наполняемого воздухом пространства и сплющивающейся конструкции аэродинамическое устройство можно легко спроектировать таким образом, что оно обеспечит легкий доступ в грузовой отсек через заднюю дверь, поскольку это устройство может состоять из отдельных частей, расположенных по бокам или у крыши. Поэтому гибкий листовой материал можно спроектировать таким образом, что одним концом он будет прочно крепиться к корпусу транспортного средства, а другой, свободный, конец будет удален от корпуса транспортного средства. Подвижность свободного конца ограничивается ограничителем, но этот конец все же имеет возможность перемещаться на расстояние от 10 см до 2 м от задней части транспортного средства. Поэтому данная конструкция может быть легко спроектирована таким образом, чтобы не было необходимости в принятии дополнительных мер для получения доступа к грузовому отсеку при остановке транспортного средства.
Хотя существует возможность использования нескольких листов для различных кромок, можно использовать и единственный лист, крепящийся к нескольким кромкам и имеющий подогнанную по ним форму, например один лист, форма которого подогнана по боковым кромкам и кромкам крыши. С другой стороны, можно также использовать несколько листов для одной кромки, например, когда желательно иметь листы меньшего размера для распределения вдоль одной кромки с целью облегчения открывания двери или доступа к грузовой платформе. Таким образом, на одном автомобиле или прицепе можно установить несколько листов из гибкого материала. Можно, например, установить один гибкий лист, охватывающий все стороны задней части транспортного средства. Использование двух листов (по одному с каждой стороны) позволяет облегчить доступ к грузовому отсеку через заднюю дверь, поскольку листы обвисают вдоль обеих сторон транспортного средства, не препятствуя входу через заднюю дверь. Возможна также установка листа у крыши. Еще один лист может быть предусмотрен на уровне днища. Тем не менее, воздушный поток у нижней кромки обычно имеет другой характер, и эффект, оказываемый таким листом, обычно менее важен, чем обеспечиваемый листами, расположенными по бокам и у крыши.
Аэродинамическое устройство можно разместить таким образом, что оно будет полностью разворачиваться при относительной скорости транспортного средства и окружающего воздуха около 50 км/час или выше, 70 км/час или выше или 80 км/час и выше. Вообще говоря, конфигурация данного аэродинамического устройства должна быть такой, чтобы обеспечивать оптимальное уменьшение аэродинамического сопротивления на скорости около 80-100 км/час - скорости, с которой движется большинство коммерческих транспортных средств при перевозке грузов. Кроме того, при движении транспортного средства с относительно высокой скоростью, например 70 км/час и выше, аэродинамическое сопротивление является основным фактором, противодействующим движению этого транспортного средства.
Таким образом, гибкий листовой материал, образующий часть аэродинамического устройства, уменьшающего аэродинамическое сопротивление, обычно крепится к транспортному средству по кромкам его задней части или близко к ним, причем крепление листового материала с первой стороны осуществляется либо по всей длине кромок, либо в отдельных точках крепления.
Гибкий материал может крепиться вдоль одной из его сторон (первой стороны) к боковой стороне корпуса транспортного средства либо в непосредственной близости от мест соединения боковой и задней частей корпуса автомобиля или прицепа, то есть по задним кромкам, чтобы при развертывании аэродинамического устройства создавалось удлинение корпуса транспортного средства, расположенное в основном заподлицо с этим корпусом. Такое крепление гибкого материала способствует оптимизации аэродинамических характеристик. Конструкции из гибкого листа может быть придана форма с небольшим изгибом вовнутрь к продольной центральной линии транспортного средства.
Ограничитель(-ли), крепящийся(-иеся) к гибкому листовому материалу с целью придания формы развернутому аэродинамическому устройству, можно изготовить из мягкого (сминаемого/складываемого) материала, такого как веревка, проволока, ремни, гибкие листы и т.п., либо из жестких элементов (одного или нескольких), например прутьев, стержней или штанг. Если ограничители изготовлены из мягких материалов, таких как в виде веревки, ремня и т.п., то они естественным образом обвисают при нахождении аэродинамического устройства в неразвернутом состоянии. Если ограничитель изготовлен из более жесткого материала, то он может быть соединен с корпусом транспортного средства шарниром, так что он будет повернут в направлении от корпуса транспортного средства, когда аэродинамическое устройство находится в развернутом состоянии, и будет свисать вдоль корпуса транспортного средства, когда аэродинамическое устройство находится в неразвернутом состоянии. Ограничители могут также быть изготовлены из листового материала и крепиться к аэродинамическому листовому материалу, уменьшающему аэродинамическое сопротивление, вдоль непрерывной линии.
Ограничители могут, например, крепиться к гибкому листу по свободной кромке последнего или вблизи нее, то есть по ведомой стороне или свободной кромке гибкого листового материала, находящейся напротив первой стороны этого материала, прикрепленной к корпусу транспортного средства. Ограничители могут быть наглухо закреплены на корпусе транспортного средства, обеспечивая развертывание листового материала до требуемой протяженности и формы. Тем не менее, в таком креплении ограничителей нет необходимости, поэтому точки крепления ограничителей могут изменяться, и в этих точках можно добавлять другие ограничители. Количество, длину и положение ограничителей можно изменять таким образом, чтобы обеспечивалась требуемая форма аэродинамического устройства в развернутом состоянии.
Аэродинамическое устройство можно также спроектировать таким образом, что упомянутый листовой материал будет снабжен жесткими или полужесткими элементами, обеспечивающими придание этому листовому материалу требуемой формы, когда он находится в развернутом состоянии. Эти элементы могут быть, например, похожи на латы парусов, которые являются самонесущими, но отчасти гибкими, и служат для повышения жесткости парусов (гибких листов) с целью уменьшения их трепетания или хлопания.
Жесткие элементы, например латы, могут быть слегка изогнутыми, чтобы придать гибкому материалу форму с небольшим изгибом вовнутрь к продольной центральной линии транспортного средства. В этом случае предполагается простирание этих жестких элементов в основном в горизонтальном направлении. Для придания гибкому листовому материалу требуемых формы и жесткости эти элементы могут, конечно, простираться также и в вертикальном или любом другом направлении.
Гибкие листы, образующие часть аэродинамического устройства, могут быть изготовлены из ткани, пластика, нетканого материала или любого листового материала, обвисающего, когда транспортное средство не движется, и разворачивающегося вследствие действия эффекта Коанда при движении транспортного средства.
Часть гибкого материала аэродинамического устройства, расположенная таким образом, что в развернутом состоянии она простирается за заднюю часть автомобиля или прицепа, в предпочтительном варианте имеет величину этого простирания 0,2-2 м, в более предпочтительном варианте - 0,3-1,5 м и в наиболее предпочтительном варианте - 0,4-1,0 м. Точность соблюдения этих величин не имеет решающего значения с точки зрения идеи изобретения, несмотря на то что представляется очевидным, что очень малое (например, менее 10 см) простирание гибкого материала не приведет к сколь-нибудь значительному уменьшению силы аэродинамического сопротивления, хотя уменьшение величины этой силы, действующей на транспортное средство, и будет иметь место. С другой стороны, очень длинную часть гибкого листа, простирающуюся за заднюю часть транспортного средства больше, например, чем на 3 м, будет сложно развернуть таким образом, чтобы она имела требуемую форму и была самонесущей и достаточно жесткой в развернутом состоянии. Кроме того, лист должен быть достаточно длинным, чтобы он удобным образом располагался в неразвернутом состоянии и свисал вдоль транспортного средства, но при слишком большой длине часть листа может волочиться по земле, когда транспортное средство движется с небольшой скоростью. Таким образом, длина части листа, простирающейся за заднюю часть транспортного средства, должна быть достаточно большой, чтобы обеспечивать требуемый эффект уменьшения аэродинамического сопротивления, и в то же время не слишком большой, чтобы не возникало сложностей при развертывании листа в штатном режиме или при нахождении его в неразвернутом положении (волочение по земле).
Краткое описание чертежей
На чертежах показано:
на фиг.1 - изометрическое изображение задней части грузового автомобиля без аэродинамического устройства, уменьшающего аэродинамическое сопротивление,
на фиг.2 - изометрическое изображение задней части грузового автомобиля, снабженной аэродинамическим устройством (в развернутом состоянии), уменьшающим аэродинамическое сопротивление,
на фиг.3 - вид сбоку задней части грузового автомобиля, снабженной аэродинамическим устройством (в развернутом состоянии), уменьшающим аэродинамическое сопротивление,
на фиг.4 - вид сбоку задней части грузового автомобиля, снабженной аэродинамическим устройством, уменьшающим аэродинамическое сопротивление, в состоянии покоя (в неразвернутом),
на фиг.5 - вид сбоку задней части грузового автомобиля, снабженной аэродинамическим устройством (в развернутом состоянии), уменьшающим аэродинамическое сопротивление и содержащим латы, придающие форму,
на фиг.6а, 6б - схематическое изображение воздушных потоков вокруг задней части грузового автомобиля, движущегося без аэродинамического устройства (фиг.6а) и с аэродинамическим устройством (фиг.6б).
Осуществление изобретения
На фиг.1 показана задняя часть обычного грузового автомобиля 1, имеющая форму прямоугольного контейнера. Грузовой автомобиль содержит заднюю панель 2, первую 3а и вторую 3b боковые панели и панель крыши 4. Боковые панели 3а и 3b и панель крыши 4 расположены под прямым углом относительно задней панели 2, так что между боковыми панелями 3а, 3b и задней панелью 2 образованы острые кромки 5а и 5b, а между панелью крыши 4 и задней панелью 2 - острая кромка 5с.
На фиг.2 грузовой автомобиль 1, представленный на фиг.1, показан со смонтированным аэродинамическим устройством 1, находящимся в развернутом состоянии. Это аэродинамическое устройство содержит гибкие листы 7а, 7b и 7с, крепящиеся к соответствующим кромкам 5а, 5b и 5с.На данном чертеже видна наружная сторона гибких листов 7а, 7с, крепящихся соответственно к левой кромке 5а и к верхней кромке 5с, и внутренняя сторона гибких листов 7b, крепящихся к правой стороне. Аэродинамическое устройство 6 содержит, кроме того, ограничители 8, которые можно видеть на внутренней стороне гибких листов 7b с правой стороны грузового автомобиля 1. В данном примере ограничители 8 представлены отрезками листового материала. Ограничители 8 имеют в основном форму круговых сегментов, крепящихся своей криволинейной стороной вдоль горизонтальной линии к гибкому листу 7b, а своей в основном прямой стороной - к задней панели 2 грузового автомобиля 1. Аналогичным образом ограничители расположены на других гибких листах 7а, 7с (не видны на данном чертеже). Аэродинамическое устройство разворачивается вследствие наличия относительной скорости между грузовым автомобилем 1 и окружающим воздухом при движении грузового автомобиля 1 в прямом направлении. В результате движения грузового автомобиля 1 создается перепад давления между внутренней стороной (стороной высокого давления) и наружной стороной (стороной низкого давления), и лист вытягивается наружу в развернутое положение. Таким образом, ограничители 8 ограничивают возможное движение наружу листов 7а, 7b, 7с, так что эти листы принимают требуемую форму. Очевидно, что специалисты в данной области могут внести изменения в форму ограничителей 8 и/или гибких листов 7а, 7b, 7с для получения другой формы развернутого устройства.
На фиг.3 представлен вид сбоку грузового автомобиля 1, снабженного аэродинамическим устройством 6, уменьшающим аэродинамическое сопротивление и показанным в развернутом состоянии.
На фиг.4 представлен вид сбоку грузового автомобиля 1, снабженного аэродинамическим устройством 6, уменьшающим аэродинамическое сопротивление и показанным в неразвернутом состоянии. Гибкие листы 7 свисают вдоль задней панели 2 грузового автомобиля 1. На фиг.5 показан тот же вид грузового автомобиля 1, что и на фиг.3, но с тем отличием, что гибкие листы 7 устройства 6, уменьшающего аэродинамическое сопротивление, снабжены латами 9, придающими им определенную форму. Латы 9 могут быть выполнены как одно целое с гибкими листами 7 или как съемное, легко устанавливаемое и снимаемое приспособление.
На фиг.6 приведено схематическое изображение воздушного потока (завихрения воздуха) вокруг показанной выше задней части грузового автомобиля 1, движущегося в прямом направлении. Подразумевается, что длина стрелок пропорциональна аэродинамическому сопротивлению, влияющему на грузовой автомобиль 1 при его движении. На фиг.6а показан случай обычного грузового автомобиля, движущегося без какого-либо аэродинамического устройства. Длинные стрелки за задней частью грузового автомобиля 1 указывают на довольно большое аэродинамическое сопротивление. Острые кромки 5а, 5b вызывают резкий срыв воздушного потока вдоль сторон 3а, 3b, вследствие чего у задней части грузового автомобиля 1 образуется вакуум или очень низкое давление, приводящее к возникновению большого аэродинамического сопротивления. На фиг.6б показано, что такой резкий срыв воздушного потока вдоль сторон 3а, 3b предотвращается благодаря наличию аэродинамического устройства б. Плавно закругленные гибкие листы 7а, 7b улучшают обтекаемость грузового автомобиля 1 в задней части. Благодаря этому у этой части не образуется вакуум или очень низкое давление, и воздушный поток вдоль сторон 3а, 3b грузового автомобиля 1 будет более плавно срываться с него, что показано более короткими стрелками, соответствующими меньшему аэродинамическому сопротивлению.