Автопоезд с обтекателем

О том, что установка специального щита-обтекателя на крыше кабины тягача, работающего с тентованным полуприцепом или фургоном, уменьшает расход топлива, знают все. Как водится, всякое полезное изобретение на своем пути в массы обрастает мифами и легендами. А что же дает установка обтекателя в действительности? Попробуем ответить на этот вопрос, получив с помощью компьютера конкретные цифры.

Автомобиль

В отличие от предшествующих тестов здесь мы не пытаемся продемонстрировать качества машин, а потому и автомобиль потребуется только один. Учитывая ограничение рамками журнальной статьи, определим эффективность обтекателя на магистральном автопоезде полной массой 40 тонн, а в качестве тягача возьмем МАЗ-5440. Испытания будем проводить при порожнем кузове и при половинной загрузке. В каждом варианте автомобиль сделает два заезда. Первый – без обтекателя. Для выполнения второго на его крыше смонтируем щит-дефлектор. Строго говоря, здесь может быть множество вариантов капотировки, но мы остановимся на самом простом, штатном.

Маршруты

Для полного выявления экономической эффективности обтекателя прогоним автопоезд по городскому маршруту. Затем воспользуемся скоростной дорогой дмитровского автополигона. На ней проведем две серии заездов: одну – летом, по сухому асфальту, а другую – зимой, по снегу. Для постоянных читателей заметим, что от «снега», который фигурировал в прошлом виртуальном тесте, этот отличается. Там автомобили повышенной проходимости ехали по снежной целине солидной толщины. Понятно, автопоезд не способен двигаться в таких условиях, и сегодняшний «снег» представляет собой снежный накат, столь хорошо всем знакомый. Последнюю серию заездов проведем на международном маршруте Grafenhausen-Werratal.

Динамика

Поскольку максимальная скорость автомобиля ограничивается не внешними силами, а срабатыванием ограничителя числа оборотов двигателя, во всех случаях она остается одной и той же – 121 км/ч (на 9-й передаче при 1 900 об/мин). Ни наличие груза, ни установка обтекателей изменить ее не могут. Поэтому присмотримся к таким показателям, как контрольный расход топлива и время разгона.

Сравнивая между собой величины контрольного расхода топлива при скоростях 60, 80 и 90 км/ч, видим, что полученная благодаря обтекателю экономия (в литрах) практически не зависит от загрузки машины: 1,3 л/100 км при 60 км/ч, 2,1 – 2,2 л/100 км при 80 км/ч и достигает 2,7 – 2,8 л/100 км при 90 км/ч. Объясняется это просто: сила сопротивления воздуха при постоянной скорости остается постоянной и не зависит от массы автопоезда. Соответственно и для ее преодоления требуется одно и то же количество топлива.

Соотнесенная с общим расходом экономия топлива уже не остается постоянной. С ростом общей массы и соответственно расхода топлива экономия имеет все меньший удельный вес и при 12 тоннах груза снижается почти до 10%.

При разгоне до установленной скорости обтекатель позволяет сберечь от 0,1 до 0,6 с. Много ли это? По сравнению с общей продолжительностью разгона (до 50 км/ч за 8,8 с) – сущие пустяки. Правда, элементарный подсчет (50 км/ч ~ 14 м/с) дает 1,4 м – совсем не пустяк, если необходимо побыстрее убрать далеко не короткий «хвост» с перекрестка. В общем, такое улучшение динамики погоды конечно не делает, но порою может и выручить.

Эта серия тестов показывает очевидные достоинства обтекателей. Однако не будем торопиться: динамометрическая дорога достаточно далека от реальной эксплуатации.

В городе

Машины с обтекателем проходят четырехкилометровый маршрут на секунду быстрее, да и топливо сжигают на 27 – 30 см³ меньше. Можно ли считать такие результаты «заметными»? Давайте посмотрим на другие параметры. Средняя скорость почти не изменилась. Расход топлива в л/100 км несколько сократился. Переходя к деньгам, можем констатировать: обтекатель позволяет сберечь около трех рублей на каждой сотне километров. Одно уже только это несомненно окупит затраты на его приобретение и установку, только как скоро? Похоже, срок окажется немалым. Правда, в защиту дефлектора говорят и все последующие строчки в таблице с результатами тестирования.

В целом наличие обтекателя хоть и чуть-чуть, но улучшает почти все параметры: и нагрузку на двигатель, и выбросы вредных веществ с отработавшими газами, и средний положительный крутящий момент на полуосях.

Небезынтересен топливный баланс. Хотя средняя скорость движения не превышает 30 км/ч, дефлектор на крыше заметно – почти на 1/7 – сокращает аэродинамическую составляющую затрат энергии.

Лето в пригороде

Заезд по скоростной дороге дмитровского автополигона начинается с сюрприза: незагруженный автопоезд с обтекателем двигался медленнее, чем без него. Мы даже повторили заезд, теперь уже обращая внимание на то, какие именно передачи включает компьютер в обоих случаях. Разгадка оказалась проста: «водитель» экономил горючее, включая на автомобиле с обтекателем более высокие передачи, и потому несколько теряя в динамике. С 12 тоннами груза обтекатель позволяет двигаться быстрее и сокращает время прохождения маршрута на 6 секунд.

Выигрыш по топливу для автомобилей с дефлектором на этом маршруте становится уже значительным – около 0,7 л как для пустого, так и для загруженного на половину автопоезда. В пересчете на традиционную сотню километров он оборачивается более чем двумя литрами или примерно десятью рублями, что заставляет ожидать очень неплохих сроков окупаемости.

Еще одним бесспорным достоинством обтекателя стала меньшая нагрузка на двигатель. Она видна в первую очередь по меньшему (на 0,06 МПа для обоих вариантов загрузки) среднему эффективному давлению. Как следствие меньше нагружалась и трансмиссия.

По пригороду зимой

Наличие на дороге снежного наката на средней скорости движения незагруженных автопоездов практически не отразилось. Если судить по времени прохождения маршрута и соответственно средней скорости, то незагруженные автопоезда изменения дорожных условий попросту «не почувствовали»: машина без обтекателя добавила к предшествующему результату полтора десятка секунд, а снабженная дефлектором поехала даже побыстрее и улучшила свое время на 4 секунды.

Появление в кузове 12 тонн груза вносит в ситуацию заметные коррективы. Время прохождения дистанции автомобилем с дефлектором и без него оказалось одинаковым. При этом автопоезд с обтекателем имел большую потерю средней скорости. Впрочем, этот показатель – не единственный, а потому посмотрим на все остальные.

Как и следовало ожидать, снабженные дефлектором машины сожгли заметно меньше топлива. Правда, довольно большое сопротивление качению вызвало для загруженных на половину автопоездов снижение средней скорости движения на 2 – 3 км/ч, и этого оказалось достаточно, чтобы аэродинамическая составляющая в силах сопротивления движению заметно уменьшилась. Во всяком случае экономия топлива, полученная благодаря обтекателю, для груженых машин уменьшилась с 0,745 до 0,608 л, то есть почти на пятую часть. Впрочем, при пересчете на 100 км пробега получается 2,2 – 2,6 л, что совсем не мало и соответствует 8,5 – 10,6 руб. Что же касается всего остального, заметим: обтекатель сделал менее напряженной работу двигателя и трансмиссии и облегчил труд водителя, избавив его от пары переключений передач.

Разумеется, одновременно несколько уменьшился выброс вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами.

Полноценный «межгород»

В математической теории вероятности есть «Закон больших чисел». Применительно к этому маршруту его можно сформулировать так: «большие расстояния все расставляют по своим местам». Действительно, на почти 226-километровой дистанции автопоезда расположились согласно загрузке и обтекаемости. Быстрее всех дистанцию прошел автомобиль с обтекателем и без груза. Машина без обтекателя проиграла лидеру чуть меньше минуты (точно – 39 секунд). 12 тонн в кузове повлекли за собой уже трехминутное отставание, а отсутствие дефлектора на крыше увеличило эту цифру до четырех.

Любопытно, что средняя скорость движения по сухому асфальту получилась несколько меньшей, чем по скоростной дороге автополигона в тех же дорожных условиях, но более высокой, чем при езде по снежному накату. Экономия топлива на маршруте из Grafenhausen в Werratal, получаемая за счет обтекателя, составила чуть меньше 2 л на 100 км для груженой, и чуть больше тех же 2 л для пустой машины. В пересчете на деньги это оборачивается в 6 – 7 руб. Не так много, как на скоростной дороге под Дмитровом, но все же вполне достаточно, чтобы окупить установку дефлектора в короткое время.

Заметим, что поездка по Германии обернется уже не рублевыми, а валютными затратами, а потому экономия средств будет заметно больше.

Заключение

На сей раз мы воздержимся от выводов. Цены на дизельное топливо довольно сильно колеблются даже в пределах России. В границах СССР эти колебания уже заметно больше. Если же ориентироваться на Евразию, то «вилка» получается и вовсе астрономическая. И этот виртуальный тест следует расценивать как исходные данные и пример для собственной оценки эффективности обтекателей на минских автопоездах. Признаемся, поначалу мы хотели использовать для оценки эффективности обтекателя специальную экономическую программу. Однако при здравом размышлении от этой идеи отказались – слишком простая задача.