Rear tail fairings 巨大フジツボが付いたトラック

https://blogs.yahoo.co.jp/fuji8888/36737861.html

あれは何だ？
What’s that thing I ’ve seen four years ago?

image via symscape.com

To tell the truth, my major was thermal hydraulics
and machinery at university.

　
■ 水や空気等、流体の中に障害物を置くと、下流に向かって左右交互に渦が発生し続ける。 渦は、左右2 列となり等間隔に並ぶことがある。 この現象はカルマン渦(Karman vortex)、或いはカルマン渦列と呼ばれている。

円筒の風下に出来る渦を可視化
Visualisation of the vortex street behind a circular cylinder in air

　これは、気象現象でも見る事が出来る。 孤立峰を持つ島等が強風にさらされると、下流に並んだ渦状雲が発生。 日本周辺では冬期間に発現し易く、TVの天気予報で渦の写った衛星写真を紹介する事がある。

2005年11月18日9時 済州島の南方に発生した渦状雲
Cloud layer vortex streets photographed from satellites
画像は、jma-net.go.jp 今月の気象衛星画像 pdf より借用。

　また、交互に出来る渦により二次的に発生する現象は、振動となる。 身近な例として、風強の日に空中に張られた電線が”ブー”と唸ったりして音を立てるのも、そのひとつ。 電線直後の風下で渦が上下交互に出来ると、これにより電線が一定周期で上下振動して音を発する。 ゴルフクラブや釣り竿を高速で振った時に出る音や、縄跳びの”ヒューヒュー”音も同じ原理。 目に見える現象としては、サッカーの無回転シュートや野球のナックルボール。 カルマン渦は、意外と身近な存在だ。

image via artax.karlin.mff.cuni.cz

　
■ 自動車や建築物等、空気の流れにさらされる物体では、流体力学の視点で形状が検討、設計される事は良く知られている。 空気抵抗やビル風を低減したりするのが、主な目的。 昔、シアトル近郊のタコマ橋が強風で倒壊した大事故があったが、原因はカルマン渦の発生による橋桁等の振動だと分析されている。 カルマン渦が、これほど大きな力を持っているとは、驚きだ。

Tacoma Narrows Bridge Collapse “Gallopin’ Gertie”
新しくなったタコマ橋 アメリカ縦横断モーターホーム旅行 5-(5)

　橋と同様に、高層ビル等でもカルマン渦が発生する。 特に円筒形状の建物で発生しやすい。 一定周期で発生する渦で建物が振動し、構造物と共振すると大きな負荷となる。 渦の発生を抑制するには、気流をかく乱する凹凸を建物の表面に追加する。 高い煙突の円筒面にある螺旋状の階段は渦発生の抑制に効果があり、自動車のロッドアンテナ表面が螺旋状に凸凹しているのも同じ理由。 車の風切り音を低減して静寂性を高めるには、このカルマン渦発生ヶ所周辺の形状を改善する。

糸を巻き付けたような突起のある車両用アンテナ
Car antenna with helical projection that looks like screw thread is placed on

■ 表面が平滑なほど空気抵抗は小さくなるが、曲面等を流れる場合は後流渦のよどみ(圧力低下領域)が空気抵抗を大きくする。 そこで曲面に凸凹を付けると後流のよどみが減少し、空力抵抗が減少。 ゴルフボール表面の小さな凹(ディンプル)は、正にコレ。 このような空気抵抗の大小を左右する形状の特性を”空力特性”と呼ぶ。

　
■ 流体力学の考え方が最初に取り入れられたのは、水路や船の設計。 それらは経験的・実験的なものだった。 後に、飛行機設計における揚力分析を通し、進化、発展した。 そして、空気中を高速で移動する物体への影響は、航空力学として位置づけられた。 上述のように、現代では自動車や建築物、更には一般的な機器、医療やMEMSにも流体力学の理論や考え方が浸透している。

2013年10月 テキサス州インターステーツ10で撮影 (Google Maps)
巨大で四角い”フジツボ”が装着された運送会社のエイティーンホイーラー
ホームページによれば、燃費向上を積極的に推進している運送会社。
One of 18-Wheelers (53ft Pup) of Mesilla Valley Transportation,
with ”That Thing”
They aim to have the most efficient fleet in the USA, possibly the world
Photographed near Houston, TX in 2013 by Fuji-maru
写真は、アメリカ縦横断 20131027 #16 より転用。

　
■ 4年前のアメリカ旅行で、気になるモノを見かけた。 それは、巨大で四角い”フジツボ”。 コンテナトラックの荷室後部に付いていた。 最初に見た場所は、テキサス州ヒューストン近郊のインターステーツ10号線。 その時はアメリカ縦横断の旅行中で、その後も 1日1台くらいのペースで見かけた。 装着率が非常に低い事から、未だ発売間もないのではと推測。 フジツボが付いていたのは幹線高速道路を走行するトラックだけ。 レストエリアに停車していれば、運転手に聞くことが出来たのだが。

同じトラックを撮影した写真が、とあるネット記事に掲載されていた。
The same photo as mine on slate.com
“What’s That Thing? Truck Fins Edition”

　
■ 目撃から4年が経過し、巨大で四角い”フジツボ”の正体が分かった。 僕が撮影したトラックと瓜二つの写真をインターネットの画像検索で発見。 別件で検索してた時の偶然だった。 探しても見つからない画像が多い一方で、思いがけない発見は嬉しかった。

image via publications.lib.chalmers.se

　
■ 車体の形状は、最高速度、燃費や走行安定性、更には自動車の安全に関係する。 従って、あの”フジツボ”も関係している事は明白。 でも、後尾の荷室扉の防汚が主目的、との憶測もあった。 実は学生時代にアルバイトでトラック運転手をしており、巻き上げた泥で汚れた扉や取っ手に気が滅入った経験があるから。 会社は燃費や安全性を、運転手は自分に直接関係する事の方が重要。

(image via publications.lib.chalmers.se)

　後尾が傾斜した乗用車の形状とは異なり、コンテナトラックの後尾は”ようかん”切ったような矩形型。 故に、トラックは、後流が収束して圧力が回復する乗用車とは次元が違う。 即ち、後流の圧力回復が皆無で背面受圧面積が大きい。 空気抵抗が大きくなったり、背面が汚れるのは、これが原因。 乗用車よりもトラックは、よどみや渦の発生が顕著にみられる。 雨の日にコンテナトラックの後尾を注視すると、舞い上がる水しぶきが尾尻を振るように揺れているのが分かる筈。

上：通常のトラック、下：”フジツボ”の付いたトラック

　走行する車両の後方に出来る渦は、空気抵抗、車両の姿勢や進行方向に影響を与える。 余談だが、スポーツカーがリアウィングを装着しているのは、車体形状により発生する揚力に対抗し、後部の浮き上がりを防止するのが主目的。 同時に後流を整えて走行を安定させている。 ウィングは空気抵抗を低減するどころか、逆に増大させているから、最高速度が低下。 空気抵抗低減装置の役割を果たしているエアロパーツとは言えない。

STEMCO – Aerodynamics 101

　
■ さて、あの”フジツボ”。 調べたところ、空気抵抗低減装置で間違いない。 この整流板は、”TrailerTail”と呼ばれ、多種のトラック用空気抵抗低減部品の開発/製造会社 ATDynamics Inc.が、2010年～2013にかけて ほぼ独占的に販売していた。

　ATDynamics社は特許侵害でStemco社から提訴され、係争の末、2015年にATDynamics社はStemco社に買収されている。 後にRidge社も”GreenTail”の名称で同じような商品を販売。 当然、特許侵害でStemco社は提訴するも和解に至り、結果的にRidge社は特許使用権を購入する事になる。 再販の予定だが、現在はホームページから商品掲載が削除されている。

ATDynamics社の解説図 (Stemcoの子会社になる前)

Stemco社の”TrailerTails” attached to 18-Wheelers

　いわくつきの空気抵抗低減装置となった事で、トラック業界で広く認知された”TrailerTail”。 その効果はと言うと、65mph (105km/h) 走行時で 5.54パーセントの燃費改善。 また、車体の横揺れ(Sway)を低減する。 簡単に展開可能になっていて、折り紙式(Origami System)と銘打った特許を取得している。 当時、ハイウェイのレストエリアで装着車が発見出来なかったのは、折り畳んでいて目立たなかった事が原因かも。 また、速度により自動開閉するタイプもある。 価格は、手動の標準品で約2,500ドル(約28万円)。 トラックの写真を掲載したニューメキシコ州を拠点とする運送会社メシラバレーのCEO ロイヤルジョーンズ氏によれば、投資費用は1～2年で回収可能との事。

　一般的な18 Wheelerの燃費: 3 mpg (1.28 km/L)以下
　ディーゼル燃料単価 (税込): USD 2.539/Gal (74円/L) source from eia.gov
　1年償却までの走行距離 (於65mph以上): 約53,300 mile (85,800km)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　→ 700km×10日/月

※日本では時速80kmに制限されている大型車に取り付けても、速度が低いため約5パーセントの燃費向上は望めない。 しかし、燃料単価がアメリカの2倍。これらが相殺され、アメリカ同様の投資効果が得られる可能性がある。

速度に応じ自動で開閉する”TrailerTail”
STEMCO – TrailerTail® AutoDeploy
Stemco TrailerTails Equipment Tour (手動開閉)
How To Install a STEMCO TrailerTail (取り付け)

　
■ エアデフレクター(導風板 wiki Roof Deflector)がトラックキャビンの屋根に付けられるようになったのは、今から約40年前。 当時は珍しく、効果を疑問視する意見もあったが、今では当たり前の装備に。 一方、日本での”TrailerTail”導入はまだ先になりそうだ。 道路法 (車両制限令)により、高速自動車国道等では牽引車を含む全長はセミトレーラーで16.5m(54.1ft)以下、フルトレーラーで18m (59ft)以下に制限されており、トレーラーの荷室は制限ぎりぎりの全長になっている。 通常は認められている”前後のはみだし10%以内”は、道路法 (車両制限令 第三条 3項)により適用されない。 車両制限令に収まるサイズを開発するのもいいが、特例を設ける方が良いのでは。

　現にロビー活動が盛んで立法や特例措置の早いアメリカでは、道路交通局DOTの全長制限から”TrailerTail”を除外する特例が導入されている。

Aerodynamic Device Compliance with 23 CFR 658.16(b) (4) Oct. 10, 2008

　州によっては補助金制度があり、これを利用して導入する運送会社がある。 しかし、エイティーンホイーラー(18-Wheeler Truck)は個人で運転している人が大多数。 コンテナトレーラー(Pup Trailer)を所有している運送会社とは異なり、フリーランスはトラクターだけを所有している。 それ故に、大多数のコンテナは空気抵抗低減装置(”TrailerTail”やside skirt等)の取り付けが進まない模様。

TrailerTail: Good for America
Aero Ads – Eco-Friendly Advertisements
TrailerTail® – Everything you need to know in two minutes

　
■ 同じ運搬でも人間を運ぶバスは、車体側面から乗車するので、空気抵抗を考慮した後端形状に出来るハズ。 でも現在のバスはコンテナトラック同様に紋切り型で矩形。 日本のバスは、大型トラックよりも速い制限速度100km/hで高速道路を走行するから、もう少し空力特性を重視してもいいのでは。 1930～1940年代のバスは滑らかなお尻だったが、 将来のバスは空力特性を重視した0系新幹線のような意匠に変わるのか？

1941 Santa Fe Trailways Aerocoach Model-EFI (enWki)
写真は、Silver Eagle’s Page / memories-4 より借用。
参考サイト coachbuilt.com, profiauto.pl

　
■ OECDによると、世界の石油消費量は輸送関連が約半分を占めているとの事。 発展途上国の経済成長により、石油需要が急増。この影響を受け、燃料単価は上昇基調が続いている。 その結果、燃料単価の高騰が輸送コストの大幅上昇の一因になっている。 輸送コストに占める燃料費の比率は、10年前のアメリカでは僅か10パーセントだったのが、2016年は35パーセントにまで上昇。 加えて、トラックの排出ガス量は、経済成長や規制緩和、ジャスト･イン･タイム方式の世界的な普及と共に増加している。 このような状況を改善する策の一つとして、”TrailerTail”のような空気抵抗低減装置の発展と普及が期待されている。

画像は、下記 inconvenienttruck.eu の図を基に作成。
Can trucks become more fuel efficient?

ニューメキシコ州を拠点とする運送会社メシラバレーのトレーラー。
Mesilla Valley Transportation
他社に先駆けて省エネを積極的に推進している。
低い転がり抵抗のタイヤやサイドスカートの装着率は100パーセントで
更に”TrailerTail”の全車装着を進めている。

Mesilla Valley Transportation prides themselves in finding ways to make their equipment cut through the wind like no other. They also use low rolling resistance tires and have cut parasitic drag in our tractors. They were first to apply trailer skirts to 100% of their fleet and are in the process of installing ”TrailerTail” to trailer rears to further reduce drag.

画像は、YouTube ATDynamics Driver Training Video より作成。
　

－－－ Stemco / ATDynamics 以外のメーカー －－－
　

WABCO社(USA) ”OptiFlow Tail”
画像は、下記 YouTube より借用。
Aerodynamic solution with foldable tail and retrofit option

SmartTruck社(USA) ”TopKit Aero System” (PDF Brochure)

Aerodynamic Trailer Systems社(USA) ”SmartTail”

Aero Industries社(USA) ”AeroTail”

Airnmotion社(Germany) ”Betterflow”

自動車会社と契約している自動車専門の運送会社。 珍しい湾曲した後端面。
Precision Motor Transport Group, Luxury Auto Carrier/Auto Transporter
カーキャリアで全米シェアを席巻しているCottrell社製の
C-9ENC Enclosed Car Hauler Trailer
写真は、アメリカ縦横断 20131102 #22 より転用。

メルセデスベンツ社でも開発が進んでいる。 (Germany)
写真は、下記 mercedes-benz-blog.blogspot.com より借用。
2012 IAA in Hanover: Mercedes-Benz Aerodynamics Truck & Trailer
　

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What’s That Thing? Truck Fins Edition
By Mark Vanhoenacker April 3, 2013

Our latest effort to dispel the mysteries of the modern visual landscape takes us back onto the great American road. For previous columns, click here; to submit your own suggestions, email us.

Do you like driving on highways crowded with big trucks? I’m guessing not. Maybe you’ve seen Steven Spielberg’s Duel (tagline: “Fear is the Driving Force”) or Stephen King’s Maximum Overdrive (“Evil’s Wheels”) one too many times. Whatever the reason, just know that the feeling is mutual.

But still, in a country that worships movement, there’s more than a little romance to the grueling lifestyle of America’s long-distance truckers. Many truckers are owner-operators, each driving his own (97 percent are male) small, independent business. Just listen to the Modest Mouse song “Trucker’s Atlas” (or, even better, the cover by Sun Kil Moon). Or consider the hardworking, honest heroism of Optimus Prime, the robotic truck who leads the Transformers. (Motto: “No sacrifice is too great in the service of freedom.”)

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Lately, trucks have been undergoing their own transformation. On a recent drive on I-40 between Memphis and Little Rock, Nathan Hamilton, a resident of North Little Rock (and a Slate reader), saw a truck with some funky panels on the side and back, and sent What’s That Thing an email.

What are these panels called, and what’s their purpose?

The panels under the body of the truck are called aerodynamic panel skirts, side panels, or side skirts. The panels that hang off the back are often called rear tail fairings, trailer tails, or sometimes boat tails. Whatever you call them, their purpose is to reduce drag and save fuel.

According to Susan King, a spokesperson for the American Trucking Associations, side panels “reduce drag on the undercarriage and wheels of the rig, thereby improving fuel efficiency,” while tail fairings reduce drag around the rear of the vehicle. How much fuel do they save? Between 5 percent and 15 percent, with 10 the average, according to King.

How do you unload the truck? You fold the panels out of the way.
ATDynamics, the manufacturer of TrailerTails, a brand of rear tail fairings, has a useful graphic that shows the reduction in “low-pressure suction drag” behind a trailer:

So were these panels invented in response to rising fuel prices and growing environmental concerns? Yes—but not recently. Numerous patents, starting in 1935 for rail cars, attest to decades of ongoing efforts to streamline vehicles. Crystal Arvigo, a spokeswoman for ATDynamics, says that side skirts started to become more common in the U.S. between 2003 and 2005, but really took off in 2008.

These panels don’t make sense for every truck. Rather diabolically, drag increases with the square of velocity. So reducing drag becomes much, much more important as the average speed of a truck increases. King points out that these panels really start to come into their own when a truck is averaging 60 to 65 mph. “So you wouldn’t see these panels on trucks that handle local area deliveries.”

How green, exactly, are side skirts and tail fairings? Crystal Arvigo told me that tail fairings on a long-haul trailer that does 60,000 miles per year can save 480 gallons of diesel fuel, which equates to 10,752 lbs, or 4.9 metric tons, of CO2 that is not emitted. According to the EPA, the average car emits about 5.1 metric tons of CO2 per year. So each time a long-haul trucker installs tail fairings, that’s the rough global-warming equivalent of taking a car off the road.

If side skirts and tail fairings are so great, why doesn’t every long-haul truck have them? Price is one reason. A set of TrailerTails costs around $2,200, according to Arvigo, though volume discounts are available to fleets. Uncertainty about fuel prices is another. Long-term investments in fuel efficiency—especially those undertaken by small businesses, like owner-operators—make a lot more sense when high fuel prices are a long-term certainty. That fundamental truth of energy policy has long been obvious to many economists and environmentalists (if not, it seems, to politicians).

Have a favorite trucking movie, aside from the top ten listed here? Add it to the comments. And if you’ve wondered about something, on or off the great American road, send it with a pic to whatisthat@markvr.com.

http://www.slate.com/blogs/browbeat/2013/04/03/truck_panels_what_do_they_do_explained_photos.html

　トラックでの運送について分からない事は、上記のサイトに投稿すれば教えてもらえる。 僕も写真を添えて尋ねてみようと思う。

　
＜参考サイト＞
Wiki カルマン渦 エアロパーツ
enWiki Kármán vortex street　Trailer tail (2016年に追加された)
一般社団法人 日本流体力学会
┗ 自動車と流体力学 : 車体周り流れと空力特性pdf (トヨタ)
plaza.rakuten.co.jp 研究者の独り言
d-engineer.com 流体力学の基礎を学ぶ記事一覧
cradle.co.jp ゴルフボール周りの流れ解析
afpbb.com (2013年04月22日)
┗ 空気力学トラックは環境と命を救う、欧州委が提言
yumenavi.info
┗ 流れを見ることで、見えてくるもの
日経ビジネス (2010年5月7日)
┗ 「車の空力設計」から「科学的な全体最適経営」を考える
高知工科大学 (2013年)
┗ 大型輸送車両の空気抵抗低減装置の実験及び開発pdf

truckinginfo.com
┣ High-Tech Trailer Aero Systems Nov. 12, 2010
┣ A Look at the California-Compliant Trailer Jan. 26, 2016
┗ Tag ATDynamics
nytimes.com
┗ Stretching Trucks’ Mileage Dec. 28, 2012
　　By reducing turbulence at the rear of tractor-trailers,
　　　the TrailerTail can raise mileage.
vehicleservicepros.com Oct. 11, 2012
┗ SmartTruck unveils new trailer aerodynamic system
trucksplanet.com Oct. 1, 2012
┗ IAA 2012: Aerodynamics rigid truck and truck
　　and trailer combination from Mercedes-Benz
mercedes-benz-blog.blogspot.com Sep. 2012
┗ 2012 IAA in Hanover: MB Aerodynamics Truck & Trailer
greencarreports.com Aug 26, 2011
┗ Can ‘Trailer Tails’ Save A Semi 6 Percent Of Its Diesel Fuel?
tomsguide.com Aug. 13, 2011
┗ Trailer Tails Reduces Truck Fuel Consumption 6.6%
gajitz.com August, 2011
┗ Happy Tails: Simple Flaps Give Trucks Fuel Efficient Wings
inhabitat.com Jul.25, 2011
┗ Trucks Get ‘Winglets’ To Make Them More Fuel Efficient
government-fleet.com Nov. 12, 2010 and Oct 25, 2010
┣ High-Tech Trailer Aero Systems
┗ EPA Proposes 10-to-20-Percent Gas Mileage Rise for Big Trucks
ccjdigital.com
┗ ATDynamics debuts TrailerTail Model 2011 Oct. 19, 2010
vehicleservicepros.com Oct. 10, 2010
┗ Canada’s Transportation Ministers approve ATDynamics
　　TrailerTail technology
fleetowner.com
┗ A tale of trailer tails Sep 16, 2010
trailertail.blogspot.com April 3, 2008
┗ Advanced Transit Dynamics announces commercial release
　　of TrailerTail
atri-online.org
┗ Sustainable Vehicle Practices

realtruckdriver.com
┗ What Do I Think About Semi Truck Trailer Tails?
　　TrailerTailの導入効果を実感しているドライバーの記事

Transport Canada
┗ Review of Aerodynamic Drag Reduction Devices
　　for Heavy Trucks and Buses
California Environmental Protection Agency
┗ Heavy-Duty (Tractor-Trailer) Greenhouse Gas Regulation

inconvenienttruck.eu
┗ Can trucks become more fuel efficient?

gii.co.jp 世界の市場調査資料 総合サイト
┗ 世界のトラック用省エネ技術市場 (出版日 2016年02月01日)
　　Truck fuel efficiency: trends, challenges and emerging technologies
　　(US$1,145 (税抜 約13万円) PDF by E-mail (Single User License)

YouTube
　Before Stemco’s subsidiary, ATDynamics Inc.
　　CNBC: TrailerTail Aerodynamic Truckin’ – Over 6% fuel gains for･･･
　　TrailerTail Operation
　　TrailerTail : Fuel Efficiency Testing
　　TrailerTail Durability
　　TrailerTail Smartway (Mesilla Valley Transportation)
　　Demo for a SEMI TRAILER BOAT TAIL design
　After STEMCO has acquired ATDynamics (Feb. 12, 2015 )
　　STEMCO – TrailerTail® Fuel Testing
　　STEMCO – TrailerTail® Maintenance
　　STEMCO – TrailerTail® Customers
　WABCO OptiFlow
　　Trailer Aerodynamics
　　　– AutoTail and TrailerSkirt fuel saving solutions
　　Tail for Trailers – Aerodynamic solution with foldable tail and ･･･
　　Wabco EcoTail research
　Das Heckflügelsystem BETTERFLOW truck

END