Всё началось с исследователя из Центра лётных исследований Драйдена (Dryden Flight Research Center) по имени Эдвин Дж. Сальцман (Edwin J. Saltzman), который увлекался велоспортом и катался по пустыне Калифорнии, сотрудничая при этом с командой инженеров из Вирджинии.
Сальцман был аэрокосмическим инженером по профессии, а в свободное время — велосипедистом. Однажды, во время одной из своих поездок по пустыне в 1973 году, он заметил, как проходящие мимо грузовики воздействуют на него — сначала отталкивая, а затем притягивая за счёт перемещения воздуха.
По его словам, когда один из грузовиков пронёсся мимо на высокой скорости, он сначала ощутил воздушную волну, которая оттолкнула его к обочине и защитному барьеру. Но как только грузовик проехал мимо, поток воздуха изменил направление, потянув его обратно к дороге, наклонив велосипедиста и велосипед в сторону проезжей части.
Это явление объясняется объёмом воздуха, который грузовик перемещает, двигаясь с высокой скоростью по шоссе.
Чем больше транспортное средство и выше его скорость, тем больше воздуха оно отталкивает вперёд. У крупного грузовика это означает огромную площадь передней части, которая перемещает большое количество воздуха — создавая зону высокого давления.
Этот воздух должен куда-то деваться, поэтому он обтекает кабину, закручиваясь в вихри. Воздух, движущийся вдоль боковин, ведёт себя неустойчиво: он частично прилипает к поверхности, частично отрывается и затем рассеивается в окружающей среде. На заднем краю кабины или прицепа возникает обратный эффект — зона низкого давления, так как воздух не может резко обтечь заднюю часть кузова.
Высокое давление спереди, турбулентность по бокам и снизу, а также зона разрежения сзади создают значительное аэродинамическое сопротивление.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Automotive Engineering в августе 1975 года, автопоезд, движущийся со скоростью 88 км/ч, перемещает до 18 тонн воздуха на каждую пройденную милю (1,6 км).
В подобных условиях примерно половина всей мощности грузовика уходит только на преодоление воздушного сопротивления.
Проанализировав всё это, Сальцман задумался над способами уменьшить высокое давление спереди и зону разрежения сзади, чтобы помочь грузовикам не толкать воздух, а скользить сквозь него, тем самым снижая сопротивление и повышая топливную эффективность.
Его коллеги из NASA в Драйдене уже тогда изучали влияние сопротивления воздуха на различные типы самолётов и участвовали в ранних проектах шаттлов. Они применили накопленные знания к разработке грузовиков.
Инженеры модифицировали несколько транспортных средств. Сначала был взят фургон с алюминиевыми кузовами. Постепенно форму стали сглаживать и тестировать каждое изменение.
Исходное аэродинамическое сопротивление «коробчатого» фургона было очень высоким. Инженеры сначала скруглили вертикальные передние углы, затем нижнюю и верхнюю передние кромки, потом задние углы, и наконец, полностью закрыли нижний периметр автомобиля, включая колесные арки. После каждой модификации проводились замеры.
Скругление всех четырёх передних углов снизило сопротивление на 52%, а закрытие днища добавило ещё 7%. По оценке инженеров, это могло бы привести к снижению расхода топлива на 15–25% при движении по шоссе.
В течение следующих лет проводились новые эксперименты, чтобы определить, какие решения больше всего снижают аэродинамическое сопротивление и повышают эффективность.
Инженеры арендовали и модифицировали грузовик с бескапотной кабиной — типичный для того времени. Изменения включали скругление углов и кромок металлическими панелями, установку обтекателя на крышу и удлинение боковых панелей, чтобы уменьшить зазор между кабиной и полуприцепом.
Скругление вертикальных углов спереди и сзади кабины снизило сопротивление на 40%, при этом объём салона уменьшился всего на 1,3%. Скругление и вертикальных, и горизонтальных углов дало снижение сопротивления на 54%, при уменьшении объёма кабины всего на 3%.
Устранение зазора между кабиной и прицепом дало ещё более значительное снижение сопротивления и снизило расход топлива на 20–25%.
В другом цикле испытаний была установлена нижняя обшивка кузова и хвостовая «лодочка», что снизило сопротивление ещё на 15%.
При пробеге 160 000 км в год (типичном для американского дальнобойщика) это могло бы сэкономить до 15 000 литров дизеля в год.
Дополнительные исследования были направлены на снижение бокового и заднего аэродинамического сопротивления.
Испытания, проведённые NASA, сыграли ключевую роль в изменении законодательства США в 1980-х годах. Грузовики с плоскими бескапотными кабинами потеряли доминирующее положение на рынке, уступив место более аэродинамичным грузовикам с капотом.
Это стало возможным благодаря Surface Transportation Assistance Act 1982 года, который обязал штаты изменить законы, разрешив использовать грузовики с удлинённой кабиной.
В то время 65% продаж марки Peterbilt приходились на бескапотные модели, но к 2004 году они практически исчезли с американских шоссе.
И всё это — благодаря наблюдательному велосипедисту, которого в 1973 году чуть не сдуло с дороги потоком воздуха от проезжающего грузовика. Сегодня дороги США заполнены грузовиками с обтекаемыми кабинами и аэродинамическими обтекателями, спроектированными для снижения сопротивления и минимизации расхода дизеля.
