Aim of this study is to investigate an aerodynamic effect of a drag-reducing device on a heavy-duty truck. The vehicle experiences two different kinds of aerodynamic forces such as drag and uplifting force (or downward force) as it is traveling straight forward at constant speed. The drag force on a vehicle may cause an increase of the rate of fuel consumption and driving instability. The rolling resistance of the vehicle may be increased as result of the negative uplifting or downward force on the vehicle. A device named roof-fairing system has been applied to examine the reduction of aerodynamic drag force on a heavy-duty truck. As for a engineering design information, the drag-reducing system should be studied theoretically and experimentally for the best efficiency of the device. Four different types of roof-fairing model were considered in this study to investigate the aerodynamic effect on a model truck. The drag and downward force generated by vehicle has been obtained from numerical calculation conducted in this study. The forces produced on four fairing models considered in this study has been compared each other to evaluate the best fairing model in terms of aerodynamic performance. The result shows that the roof-fairing mounted truck has bigger negative uplifting or downward force than that of non-mounted truck in all speed ranges, and drag force on roof-fairing mounted truck has smaller than that of non-mounted truck. The drag coefficient $(C_D)$ of the roof-fairing mounted truck (Model-3) is reduced up to $41.3\%$ than that of non-mounted trucks (Model-1). A downward force generated by a roof-fairing mounted on a truck is linearly proportional to the rolling resistance force. Therefore, the negative lifting force on a heavy-duty truck is another important factor in aerodynamic design parameter and should be considered in the design of a drag-reducing device of a tractor-trailer. According to the numerical result obtained from present study, the drag force produced by the model-3 has the smallest of all in all speed ranges and has reasonable downward force. The smaller drag force on model-3 with 2/3h in height may results of smallest thickness of boundary layer generated on the topside of the container and the lowest intensity of turbulent kinetic energy occurs at the rear side of the container.
Aerodynamic design of a vehicle has very important meaning on the fuel economy, dynamic stability and the noise & vibration of a moving vehicle. In this study, the correlation of aerodynamic effect between two model vehicles moving inline on a road was studied with the basic SAE model vehicle. Drag and lift are two main physical forces acting on the vehicle and both of them directly effect on the fuel economy and driving stability of the vehicle. For the research, the distance between two vehicles is varied from 5m to 30m at the fixed vehicle speed, 100km/h and the side-wind was assumed to be zero. The main issue for this numerical research is on the understanding of the interaction forces; lift and drag between two vehicles formed inline. From the study, it was found that as the distance between two vehicles is closer, the drag force acting on both the front and rear vehicle decreases and the lift force has same trend for both vehicle. As the distance(D) is 5m, the drag of the front vehicle reduced 7.4% but 28.5% for the rear-side vehicle. As the distance is 30m, the drag of the rear vehicle is still reduced to 22% compared to the single driving.
The primary challenge in improving fuel efficiency and reducing air pollution for commercial vehicles is reducing their aerodynamic drag. Various flow control devices, such as cab-roof fairing, gap fairing, cab extender, and side skirt have been introduced to reduce drag, however, the drag reduction effect and applicability are different depending on each commercial vehicle model. To evaluate the fuel consumption of heavy vehicles, a comprehensive research approach, including drag force measurement, flow field analysis is required. This study investigated the effect of a cab extender, which installed rear region of cab, on a drag coefficient of commercial vehicle through wind tunnel experiments and CFD. The results showed that the cab extender significantly modified the flow structure around the vehicle, leading to 8.2% reduction in drag coefficient compared to the original vehicle model. These results would provide practical application for enhancing the aerodynamic performance and fuel efficiency of heavy vehicle.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.6
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pp.614-619
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2015
In this study, a dynamics model was developed to predict the motion performance of an Autonomous Underwater Vehicle (AUV). The dynamics model includes basic dynamic state variables of the hull and force terms to determine the motion of the AUV. The affecting terms for the forces are hydrostatic force, added mass, hydrodynamic damping, lift and drag forces. The force terms can be calculated using analytical and Computational Fluid Dynamics methods. For the underwater motion simulation, a simple PD controller was used. Also, the AUV was tested in a water tank and near sea for the partial verification of the fluid drag force coefficients and way-point tracking motions.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.2
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pp.198-204
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2016
In this study, a wind tunnel test was conducted to measure the aerodynamic characteristics of a streamline-designed high-speed bus with the change of wind direction and speed and the result is compared with the aerodynamic performance of a commercialized high-speed bus model (Model-0) manufactured by Zyle Daewoo Bus Corp. Aerodynamic performance of the existing rear-spoiler was tested to prove its aerodynamic effect on the test model bus. From the study, it was found that 24.6 % of the total drag of the original bus model (Model-0) was reduced on the streamline-designed model bus(model-1) without the rear-spoiler but only 14.3 % of the total drag was reduced with the spoiler on the streamlined model bus. It means that the rear spoiler does not work properly with the streamlined model bus (model-1) and should be noted that an optimum design of a rear-spoiler of a vehicle is important to reduce the induced pressure drag and increase the driving stability of a vehicle against yaw motion. The experimental outcome was also compared to the previous numerical research result to evaluate the reliability of the numerical algorithm of the aerodynamic performance analysis of a vehicle. The error rate (%) of the numerical result to the experimental output is about 5.4 % and it is due to the simplified body configuration of the numerical model bus. The drag increases at the higher yaw angle because the transparent frontal area of the model vehicle increases and the downward force increases with the yaw angle as well. It has a positive effect to the driving stability of the vehicle but the moderated downward force should be kept for the fuel economy of a vehicle.
Experimental analysis according to the plasma actuator design variables was performed in order to verify the effects of sliding discharge plasma on aerodynamic drag reduction of a high-speed train. For the study, sliding discharge plasma actuator and high-frequency, high-voltage power supply were developed and experimented to figure out the best design variables for highest ionic wind velocity which could reduce the drag force. And then, 5% reduced-scale model of a high-speed train was built for wind tunnel test to verify it. From the results, it was confirmed that sliding discharge plasma had contribution to reduce the drag force and it had the potential to be applied to real-scale trains.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.2
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pp.194-201
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2006
Roof-fairing and deflector system have been used on heavy-duty trucks to minimize aerodynamic drag force not only for driving stability of the truck but also for energy saving by reducing the required driving power of the vehicle. In this study, a numerical simulation was carried out to see aerodynamic effect of the drag reducing device on the model vehicle. Drag and lift force generated on the five different models of the drag reducing system were calculated and compared them each other to see which type of device is efficient on the reduction of driving power of the vehicles quantitatively. An experiment has been done to see airflow characteristics on the model vehicles. Airflow patterns around the model vehicles were visualized by smoke generation method to compare the complexity of airflow around drag reducing device. From the results, the deflector systems(Model 5,6) were revealed as a better device for reduction of aerodynamic drag than the roof-fairing systems(Model 2,3,4) on the heavy-duty truck and it can be expected that over 10% of brake power of an engine can be saved on a tractor-trailer by the aerodynamic drag reducing device at normal speed range($80km/h{\sim}$).
A design optimization of Sphere-Cone blunt nose hypersonic flight vehicle has been studied by using upwind Navier-Stokes method and numerical optimization method. Heat transfer coefficient and drag coefficient are selected as objective function or design constraint. Control points of Bezier curve are considered as design variable.
The authors adopt the Unmanned Undersea Vehicle(UUV), the shape of which is like a manta. They call here it Manta UUV. Manta UUV has been designed from the similar concept of the UUV called Manta Test Vehicle(MTV), which was originally built by the Naval Undersea Warfare Center of USA(Lisiewicz and French, 2000; Simalis et al., 2001; U.S. Navy, 2004). The present study deals with the effect of Reynolds numbers on hydrodynamic forces acting on Manta UUV at large angles of attack. The large angles of attack cover the whole range of 0 to ${\pm}$ 180 degrees in horizontal plane and in vertical plane respectively. Static test at large attack angles has been carried out with two Manta UUV models in circulating water channel. The authors assume that the experimental results of hydrodynamic forces (lateral force, yaw moment, vertical force and pitch moment) are analyzed into two components, which are lift force component and cross-flow drag component. First of all, Based on two dimensional cross-flow drag coefficient at 90 degrees of attack angle, the cross-flow drag component at whole range of attack angles is calculated. Then the remainder is assumed to be the lift force component. The only cross-flow drag component is assumed to be subject to Reynolds number.entstly the authors suggest the methodology to predict hydrodynamic derivertives acting on the full-scale Manta UUV.
This paper presents the fabrication and evaluation of the novel drag force type air flowmeter using MEMS technologies for the vehicle applications. To obtain the air drag force, the flowmeter utilized the curved beam structure, which was realized by the difference of residual stress between the silicon oxide layer and the silicon nitride layer. The paddle structure was applied for the maximum air drag force, and the dual-beam was adapted to prevent distortion. The basic experiments were performed in the wind tunnel, and the stable outputs were obtained. The device was applied to the internal combustion engine, and the results were compared with the HI-DS output where the convection thermal flowmeter was used as the reference sensor. The results indicated that the comparable resolutions and response times were obtained under the various engine speeds.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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