Urządzenie i sposób ograniczania oporu aerodynamicznego, zwłaszcza pojazdów

Jedną ze składowych całkowitego oporu aerodynamicznego pojazdu jest opór wynikający z istnienia stref intensywnych turbulencji, które powstają w przestrzeni za pojazdem. Ze względu na konstrukcję nadwozia, strefy te mają szczególny wpływ na opór takich pojazdów jak autobusy i samochody ciężarowe, gdzie zależnie od prędkości pojazdu są odpowiedzialne za blisko 30% zużycia paliwa.
Opracowany wynalazek umożliwia ograniczenie oporu aerodynamicznego pojazdów poprzez zmianę rozkładu ciśnienia na tylnej części nadwozia za pomocą autorskiego systemu nadmuchowo-spiętrzającego powietrze. Wynalazek stanowi novum w skali świata, a jego zastosowanie pozwoli na skuteczne ograniczenie zapotrzebowania na energię niezbędną do napędu, a tym samym bezpośrednią redukcję kosztów w sektorze transportowym oraz zmniejszenie szkodliwego oddziaływania człowieka na środowisko naturalne poprzez ograniczenie emisyjności transportu.

W związku z ciągłym wzrostem emisji poziomu emisji, 20 czerwca 2019 r. zostało przyjęte przez Parlament Europejski pierwsze w historii rozporządzenie określające normy emisji CO2 dla nowych samochodów ciężarowych (EU 019/1242). Jest to uzupełnienie do wcześniej wprowadzonych regulacji dotyczących samochodów osobowych i dostawczych. Rozporządzenie zostało przyjęte w celu ograniczenia emisji dwutlenku węgla przez samochody ciężarowe o 15% od 2025 r. i o 30% od 2030 r. w stosunku do poziomów z roku 2019. Nowe przepisy stanowią kluczowy krok w kierunku obniżenia emisyjności
i unowocześnienia europejskiego transportu drogowego. W pierwszej kolejności, normy emisji CO2 dotyczyć będą dużych samochodów ciężarowych, które odpowiadają za 65–70% całkowitej emisji CO2 z pojazdów ciężarowych. W ramach planowanej na 2022 r. kontroli skuteczności podjętych działań, rozważone zostanie zwiększenie zakresu ograniczeń na inne typy pojazdów, takie jak mniejsze ciężarówki, autobusy, autokary
i przyczepy. Do 2025 r. producenci będą musieli również zapewnić co najmniej dwu procentowy udział pojazdów o zerowej lub niskiej emisji zanieczyszczeń w rynku sprzedaży nowych pojazdów. Przyszłość czystszych pojazdów ciężarowych będzie zależeć więc od innowacji i postępu technologicznego, ukierunkowanego nie tylko na rozwój i optymalizację napędów ale również aerodynamiki. Opracowany wynalazek jest bezpośrednią odpowiedzią na wymagania przyjęte przez Parlament Europejski i stanowi ukłon w kierunku zeroemisyjnego transportu.
Wdrożenie wyników projektu zaplanowano we współpracy z firmą Feedback Innovations Sp. z o.o.
z siedzibą w Lublinie. Firma spółką spin-out, założoną przez doktorantów i absolwentkę Politechniki Lubelskiej – mgr inż. Mateusza Paszko, mgr inż. Krystiana Łygasa oraz mgr Joannę Wojnar.
Feedback Innovations Sp. z o.o. jest dynamicznie rozwijającą się firmą, prowadzącą działalność gospodarczą w zakresie specjalistycznego projektowania. Firma została powołana w celu komercjalizacji technologii
i wyników prac B+R, opracowanych przez założycieli firmy wraz z Politechniką Lubelską.
Przykładami systemów wprowadzanych do produkcji i opracowywanych na Politechnice Lubelskiej przez założycieli firmy Feedback Innovations Sp. z o.o. są m.in.:
 Swimmer - urządzenie zmieniające podejście do profesjonalnego treningu pływackiego (grant
w ramach projektu Inkubator Innowacyjności+ współfinansowanego w ramach projektu „Wsparcie zarządzania badaniami naukowymi i komercjalizacja wyników prac B+R w jednostkach naukowych
i przedsiębiorstwach”, realizowanego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój
2014-2020 (Działanie 4.4)), wynalazek nagrodzony m.in. na międzynarodowej wystawie wynalazków w Dolinie Krzemowej, USA. Umowa licencyjna nr 08/2019, 06.05.2019 r.
 SafeSEMI - hybrydowy system telematyczny, dedykowany do kontroli samochodów ciężarowych
i naczep. Grant w ramach projektu "Politechnika Lubelska - Regionalna Inicjatywa Doskonałości ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego" na podstawie umowy nr 030/RID/2018/19.
Wniesienie wyników prac B+R do spółki komercjalizującej stanowi najtrudniejszy model biznesowy,
ale mogący również potencjalnie przynieść największe korzyści. Wymaga on największego zaangażowania biznesowego. W tym celu przeprowadzono szczegółową weryfikację zapotrzebowania rynkowego na technologię AeroActive, czego skutkiem jest nawiązanie współpracy z podmiotami zainteresowanymi zakupem pierwszych systemów i ich instalacją w posiadanej flocie pojazdowej.
Najważniejszym argumentem, przemawiającym za słusznością przedstawionego przez Wnioskodawcę podejścia do komercjalizacji, jest przede wszystkim stosunkowo niewielka liczba systemów ograniczających opór samochodów ciężarowych i autobusów na świecie i brak takich producentów na rynku polskim. Ponadto, żaden z producentów nie oferuje technologii zbieżnej z założeniami i zakresem technologii AeroActive. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na fakt, że stosunkowo niewielka liczba producentów wcale nie oznacza, że rynek aerodynamiki pojazdów użytkowych jest mały. Wręcz przeciwnie, opór aerodynamiczny stanowi jeden z głównych czynników wpływających na koszty operacyjne pojazdów
i wykazuje ciągłą tendencję wzrostową. Fakt ten daje ogromne możliwości dla nowych, innowacyjnych technologii.

opór aerodynamiczny, ograniczenie emisji CO2, transport drogowy, zero emisyjność, efektywność energetyczna

Ograniczenie oporu aerodynamicznego bezpośrednio wpłynie na zmniejszenie zapotrzebowania na energię niezbędną do napędu i pozytywnie wpłynie na ograniczenie emisji CO2 przez pojazdy użytkowe. Systemy konkurencyjne, dostępne obecnie na rynku, to w większości rozwiązania pasywne, polegające na ogół na montowaniu stałych elementów w postaci sztywnych płyt lub elastycznych nadmuchiwanych konstrukcji o zwężającym się kształcie, których zadaniem jest kształtowanie strug powietrza za pojazdem
w tzw. ,,ogon aerodynamiczny". Pomimo rożnych gwarancji przedstawianych przez producentów, skuteczność tych systemów zawiera się w zakresie 1-5% oszczędności paliwa, co zostało zweryfikowane przez Amerykańską Agencję Ochrony Środowiska. Ponadto, skuteczność systemów zależy od długości paneli tworzących ogon, którego długość w przypadku rynku polskiego i europejskiego nie może przekraczać 50 cm. Wyjątek w Europie stanowi Hiszpania, w której dopuszczalne wydłużenie pojazdu wynosi 75 cm.
Drugim typem rozwiązań dostępnych na rynku, mających w założeniu ograniczać strefę wpływu zjawisk trójwymiarowego oderwania przepływu i zmiany ciśnienia za pojazdem, są zawirowywacze powietrza.
Są one montowane w tylnej części nadwozia, tuż przed krawędzią, na której następuje oderwanie. Rozbicie strumienia powietrza opływającego nadwozie pojazdu na prowadzić do powstania wielu małych wirów, które w rezultacie uniemożliwią generowanie dużych wirów za pojazdem. Wyniki badań przeprowadzonych przez Jasona Leuschena i Kevina Coopera w 2006 roku, a także testy wykonane przez firmę Performance Innovation Technologies wykazały oszczędność paliwa mniejszą niż 1%.

W porównaniu do obecnie stosowanych na rynku rozwiązań konstrukcyjnych, opracowana innowacyjna technologia wyróżnia się:

1. Skuteczność przewyższająca dostępne na rynku technologie
Podejście technologii przedstawionej we wniosku polega na wykorzystaniu sterowanych strumieni powietrza kierowanych naprzeciwlegle względem siebie, w celu wymuszenia ich spiętrzenia, a w rezultacie przekształceniu energii kinetycznej na wzrost ciśnienia na tylnej powierzchni nadwozia pojazdu. Pomimo konieczności doprowadzenia do systemu energii elektrycznej, niezbędnej do zasilania urządzeń tłoczących powietrze i sterujących ich pracą, bilans energetyczny proponowanego systemu pozostaje dodatni
i wskazuje na możliwość dwukrotnie większej oszczędność paliwa w porównaniu do systemów pasywnych, dostępnych na rynku.

2. Kompaktowa konstrukcja i bezobsługowa eksploatacja
W związku z zakładanymi do osiągnięcia gabarytami systemu, wydłużającego pojazd nie więcej niż 30 cm, technologia będzie zgodna z obowiązującymi regulacjami prawnymi. Ponadto kompaktowa konstrukcja, zamontowana na stałe na tylnych drzwiach nie będzie wymagała od operatora pojazdu wykonywania żadnych dodatkowych czynności w trakcie jazdy, załadunku i rozładunku. Za sterowanie pracą systemu nadmuchowego odpowiedzialny jest dedykowany, zautomatyzowany sterownik.

- Twórca jest zainteresowany nawiązaniem współpracy w celu dalszych badań nad wynalazkiem
- Twórca jest zainteresowany wdrożeniem wynalazku
- Twórca wyraża zgodę na udział w Spotkaniu Brokerskim
- Twórca jest zainteresowany zbyciem praw majątkowych do wynalazku