باد الکتریکی برای بهبود ضریب آیرودینامیک کامیون‌ها

محققان سوئدی موفق شده‌اند با کمک سیستم موسوم به باد الکتریکی، مقاومت هوا در برابر کامیون‌های بزرگ را کاهش دهند.

محققان بخش فناوری از موسسه سلطنتی KTH سوئد در حال ساخت ابزاری هستند که به کاهش مصرف سوخت کامیون‌ها از طریق پوشاندن آن‌ها با باد الکتریکی کمک می‌کند. این فناوری جدید که برای حرکت هوا از فعال‌کننده‌های پلاسمایی استفاده می‌کند، جریان هوا در اطراف کامیون را به‌منظور کاهش مقاومت هوا کنترل می‌کند و می‌تواند مصرف سوخت را به میزان ۵ درصد کاهش دهد.

طبق گزارش اداره‌ی باربری آمریکا، ۷۰ درصد از بارهای سنگین در این کشور از طریق کامیون‌ها حمل می‌شود. بر اساس آمار، ۳.۴ میلیون دستگاه کامیون در ۸ کلاس، ۱۰.۵ میلیارد تن بار را در این کشور جابه‌جا می‌کنند. این رقم در سطح جهانی به‌مراتب بیشتر و مصرف جهانی سوخت نیز بالاتر است.

کامیون‌های معمولی یک محفظه‌ی جعبه مانند در حال حرکت هستند که آیرودینامیکِ بسیار شبیه به آجر دارند.کامیون‌ها بعد از ورود به بزرگراه، با سد بزرگی از هوا در مقابل خود مواجه می‌شوند و برای شکافتن آن به‌ زحمت می‌افتند. این وضعیت در شرایط آب و هوایی بارانی دشوارتر می‌شود.

مهندسان از دهه‌ی ۲۰ میلادی نسبت به این مشکل آگاه بوده‌اند و در حال یافتن راه‌هایی به‌منظور بهبود ضریب آیرودینامیک کامیون‌ها هستند. این کار، آن‌ها را سریع‌تر و پایدارتر می‌کند و مصرف سوختشان را نیز کاهش می‌دهد. با این که هنوز گام‌های زیادی برای یافتن راه‌حل مناسب برداشته نشده است، اما متخصصان KTH در حال رقم زدن برگی دیگر از تاریخ مهندسی آیرودینامیک هستند.

روش باد الکتریکی در کامیون ها

هواپیماها نیز چنین مشکلی با هوای مقابل خود دارند. برای مثال، زمانی که هواپیما در حال بلند شدن از زمین است، زاویه‌ی در حال افزایش حمله موجب می‌شود که هوا سخت‌تر از روی بال‌های هواپیما عبور کند و سبب ایجاد تلاطم شود. مهندسان برای مقابله با این مشکل از بالچه‌هایی در نوک بال‌ها به‌منظور تولید گرداب‌هایی استفاده می‌کنند که نیروی بالابرنده‌ی هواپیما را افزایش می‌دهد. موسسه‌ی KTH نیز به دنبال روشی مشابه در کامیون‌ها برای مقابله با فشار هوا از روبه‌رو است. مسئله اینجا است که این کار باید برای کامیون‌انجام شود، نه هواپیما.

چیزی که به ذهن تیم KTH خطور کرده، راهی به‌منظور تولید گرداب‌هایی در جلوی کابین برای کنترل جریان هوا است؛ اما آن‌ها به‌جای استفاده از بالچه‌های فلزی برای ساخت گرداب، به سراغ باد الکتریکی رفته‌اند.

ایده‌ی آن‌ها این است که هوا به قسمت جلوی کامیون هجوم می‌آورد و در اطراف آن جریان می‌یابد. درصورتی‌که کامیون دارای آیرودینامیک کافی باشد، یک لایه‌ی محافظ در اطراف کامیون تشکیل می‌شود که سطح کابین و منطقه‌ی بار را – تا زمانی که باد به انتهای کامیون برسد – در بر می‌گیرد. اگر کامیون از میان هوای ساکن عبور کند، مشکلی پدید نمی‌آید؛ اما اگر باد با زاویه به کامیون برخورد کند، سرعت لایه‌ی محافظ کم می‌شود و یک جدایی و تلاطم شکل می‌گیرد.

سیستم باد الکتریکی در کامیون ها

سیستم مؤسسه‌ی KTH از فعال‌کننده‌های پلاسمایی در جلوی کابین استفاده می‌کند. در این سیستم دو الکترود با ولتاژ بالا وجود دارد که مولکول‌های هوای اطراف کامیون را یونیزه می‌کند و به آن‌ها از طریق میدان الکتریکی به‌منظور تولید باد، بدون نیاز به قطعات متحرک یا باله‌های بیرون زده، شتاب می‌دهد. این فعال‌کننده‌ها می‌توانند برای مقابله با بادهای دارای انرژی و جهت مشخص، از طریق ارسال گرداب‌هایی که باد را مجبور به فاصله گرفتن از بدنه (ایجاد لایه‌ی محافظ) و کاهش فشار هوا می‌کند، تنظیم شوند.

جولی ورنت، محقق موسسه‌ی KTH، می‌گوید:

هدف نهایی ما کاهش جریان جدایی هوا در قسمت جلو و گوشه کامیون‌ها است. اندازه‌ی ناحیه‌ی جدایی با افزودن نیروی جنبشی در نزدیکی سطح، کاهش می‌یابد.