Investigation of moving surface boundary layer control technique on heavy transport vehicles

Aerodynamic drag can be responsible for more than half of the fuel consumption of heavy transport vehicles at highway speeds. It is mainly caused by the large pressure drag generated by the aerodynamic wake at the trailer. Indeed, because of functionality constraints and regulations, the aerodynamic efficiency of tractor-trailer truck configuration has been traditionally sacrificed. There is, however, some available add-on devices to improve the performance, such as moving surface boundary layer control devices that can be exploited and improve aerodynamic efficiency without obstructing the fundamental purpose of the truck. Therefore, in this work, two configurations of momentum injection devices were tested by RANS computational fluid dynamics 2D simulations to assess the potential improvement they could achieve. They both consist of a rotating cylinder placed at the upper trailing edge of the model. For the first one a quarter of the cylinder is in contact with the flow and for the second one half of the cylinder. It was found that the configuration with half of the cylinder always in contact with the flow can achieve satisfying drag reduction results. In fact, if the tangential velocity of the cylinder is tuned to match a certain ratio with respect to the incoming free stream velocity, the performance will be the same regardless of the individual value of the separate speeds. Indeed, for the half cylinder configuration, a drag reduction of up to 8.2 % at 90 kph and 9.7% at 45 kph was obtained with respect to a conventional baseline configuration without any add-on.

La resistenza aerodinamica può essere responsabile di oltre la metà del consumo di carburante dei veicoli per il trasporto pesante a velocità autostradale. È causato principalmente dalla grande resistenza alla pressione generata dalla scia aerodinamica sul rimorchio. In effetti, a causa dei vincoli di funzionalità e delle normative, l’efficienza aerodinamica della configurazione dell’autocarro con rimorchio è stata tradizionalmente sacrificata. Sono tuttavia disponibili alcuni dispositivi aggiuntivi per migliorare le prestazioni, come i dispositivi di controllo dello strato limite della superficie mobile che possono essere sfruttati e migliorare l’efficienza aerodinamica senza ostacolare lo scopo fondamentale del carrello. Pertanto, in questo lavoro, due configurazioni di dispositivi di iniezione di quantità di moto sono state testate mediante simulazioni 2D di fluidodinamica computazionale RANS per valutare il potenziale miglioramento che potrebbero ottenere. Entrambi sono costituiti da un cilindro rotante posto sul bordo d’uscita superiore del modello. Per la prima un quarto del cilindro è a contatto con il flusso e per la seconda metà del cilindro. Si è constatato che la configurazione con metà del cilindro sempre a contatto con il flusso può ottenere soddisfacenti risultati di riduzione della resistenza aerodinamica. Infatti, se la velocità tangenziale del cilindro è sintonizzata per corrispondere a un certo rapporto rispetto alla velocità del flusso libero in entrata, le prestazioni saranno le stesse indipendentemente dal valore individuale delle velocità separate. Infatti, per la configurazione mezzo cilindro, è stata ottenuta una riduzione della resistenza aerodinamica fino all’8.2% a 90 km/h e al 9.7% a 45 km/h rispetto a una configurazione di base convenzionale senza alcun componente aggiuntivo.