다중 해상도 Leo 및 Artec Ray II 3D 스캐닝을 통한 연료 효율성 향상

Airshaper의 공기역학적 해석을 수행하는 데 사용된 3D 트럭 모델.

트럭 운송이나 물류 업계에 종사하지 않는다면 평균 세미 트레일러트럭에 120~150갤런의 연료가 실린다는 사실을 모를 수도 있습니다. 미국에만 약 300만 대의 세미 트레일러트럭이 있다는 점을 고려하면 이러한 트럭이 매일 많은 양의 휘발유를 연소시키는 주범임이 분명합니다.

물론 이러한 차량의 연료 효율성은 적재량, 운전 스타일, 엔진 크기 등 여러 요인에 의해 결정됩니다. 그러나 트럭 제조사가 설계 기능성을 추구하면서 간과하기 쉬운 한 가지 영역은 공기역학적 항력입니다.

모든 차량이 공기를 통과할 때 생성되는 이 힘은 속도를 낼수록 더 강해지며, 가속하기 위해서는 더 많은 마력(및 연료)을 사용해야 합니다. 일반적인 트럭은 고속도로 속도에서 공기를 밀어내기 위해 전방 에너지의 50%를 사용하므로 항력을 20%만 줄이면 주행당 최대 10%의 연료를 절약할 수 있는 것으로 여겨집니다.

지역 항공 화물 회사의 주차장에서 트럭을 3D 스캔하기 위해 사용 중인 Artec Ray II.

차량 공기역학을 개선하기 위해서는 CFD 분석을 수행하여 가장 공기저항이 큰 부품을 알아내야 하는 경우가 많지만, 첫 번째 시뮬레이션을 위한 완벽한 모델을 만드는 데는 몇 주가 걸립니다. Airshaper는 사용자가 매우 세밀한 Artec 3D 스캔을 업로드하고 분석하기만 하면 설계 업그레이드를 파악하여 단 몇 시간 만에 결과를 얻을 수 있도록 하여 프로세스를 간소화합니다.

다중 해상도 트럭 스캐닝

벨기에 앤트워프에 본사를 둔 Airshaper는 사용자가 대형 하드웨어 없이도 복잡한 항공 시뮬레이션을 수행할 수 있는 클라우드 기반 소프트웨어 개발업체입니다. 올해 초, 이 회사는 트럭을 디지털화하여 이 분야에서 플랫폼의 잠재력을 보여주고자 했지만 최상의 결과를 얻으려면 초고해상도로 캡처해야 했기 때문에 Artec 3D를 선택했습니다.

Artec 전문가 팀은 Airshaper와 협력하여 이틀도 안 되는 짧은 시간에 장거리 차량 전체를 스캔하여 디지털화했습니다. Ray II의 스캔 사전 정렬 시각 관성 시스템(VIS)은 초당 2백만 개 포인트의 속도와 내장된 3대의 36MP 카메라 시스템과 더불어 사실적인 색상을 구현하는 데 필요한 HDR 텍스처를 캡처하는 데 핵심적인 역할을 했습니다.

이와 함께 직관적인 내장형 디스플레이와 838 x 488mm의 넓은 시야를 갖춘 독보적인 무선 Artec Leo를 사용하면 라디에이터 그릴과 선바이저와 같은 대형 부품 주위에서 훨씬 쉽게 이동하고 디지털화할 수 있습니다. Artec 3D 스캐닝 전문가 Dmitry Potoskuev는 기존의 유선 스캐너로 동일한 프로세스를 탐색하는 것은 악몽과도 같았을 것이라고 말합니다.

Potoskuev는 "노트북 없이 접사다리 위에서 운전실 상단을 스캔하는 것이 훨씬 더 간단했습니다. 운전실과 트레일러 사이의 부품도 마찬가지였습니다. Leo의 무선 특성을 살려 밑으로 기어 들어가서 스캔할 수 있었습니다. 트럭의 전면 전체를 Leo로 스캔했더니 확실히 다른 방법보다 훨씬 더 쉽게 많은 부품을 캡처할 수 있었습니다."라고 말했습니다.

트럭의 주 운전실을 디지털화하는 두 대의 Artec Leo 3D 스캐너.

이 프로젝트는 Leo와 Ray II 각각의 기능을 잘 보여줄 뿐만 아니라 두 스캐너를 결합해 이 둘의 최고 해상도 데이터를 사용하여 놀랍도록 세밀한 메시를 만드는 방법을 보여줬습니다. Artec Studio의 Smart Fusion 알고리즘을 사용하면 대규모 데이터 캡처를 획기적으로 변화시킬 수 있는 작업 흐름에서 버튼 클릭만으로 스캔을 병합할 수도 있습니다.

연료 절감 효과 확인

정확한 트럭 메시를 확보한 후 팀은 클라우드 기반 Airshaper 플랫폼에 업로드하는 것만큼이나 간단하게 공기역학 성능을 분석할 수 있었습니다. 여기에서 세 가지 프로젝트 복잡도 사전 설정 중에서 선택하고 시뮬레이션 매개변수를 설정한 다음 '가상 풍동' 알고리즘을 사용하여 공기 흐름부터 소음 출력까지 모든 것을 분석할 수 있었습니다.

몇 시간 후 Airshaper의 보고서가 완성되었을 때 그 결과는 놀라웠습니다. 트럭은 고속도로 속도에서 공기 저항을 극복하기 위해 76,000와트(102마력, 타이어 저항과 같은 힘에 견디는 힘을 고려하면 이 수치는 200에 가까울 수 있음)를 사용한 것으로 나타났습니다.

Airshaper의 플랫폼은 세밀한 3D 영상을 통해 주요 항력 저해 요인도 밝혀냈습니다. 이 경우 조종실, 플로우 디플렉터, 선바이저는 모두 중요한 공기역학 요소로 확인되었지만, 특히 파괴적인 난류를 일으키는 것은 거울과 지붕이었습니다.

공기 중으로 더 쉽게 미끄러지도록 하기 위해 미러의 위치를 변경하고 지붕 개구부를 제한하며 스포일러를 공기 편향을 위해 더 잘 정렬하는 것이 좋습니다. Airshaper의 Wouter Remmerie는 팀이 3D 스캐닝을 통해 트럭을 여러 조각으로 캡처하고 "부품별 힘 분석"을 위해 트럭을 세분화할 수 있었기 때문에 이러한 인사이트를 확보할 수 있었다고 호평했습니다.

3D 스캔한 트럭이 공기 중을 주행할 때 발생하는 표면 마찰의 최고점을 나타내는 그래픽.

Remmerie는 "우리가 작업하는 데 이용할 수 있는 디테일이 엄청나게 많았고 이는 시뮬레이션에서 바로 캡처되었습니다. 실체에서 스캐닝으로 그리고 스캔에서 메시로 이동하는 과정에서 디테일이 어느 정도 손실되지만 모든 작은 디테일을 환상적으로 잘 캡처할 수 있었습니다. 모델에서는 거울과 그릴의 윤곽이 명확하게 드러나 타이어 나사산까지 볼 수 있었습니다."라고 말했습니다.

다음 단계: EV(전기차) 주행거리 향상?

Tesla 및 Morgan과 같은 견실한 기업에서 이미 Airshaper의 플랫폼을 사용하여 공기역학을 최적화하고 값비싼 재설계나 애프터마켓 부품을 장착해야 하는 상황을 방지하고 있는 가운데 Remmerie는 이제 더 많은 전기차가 이를 사용할 것으로 예상하고 있습니다.

전기차는 휘발유차보다 지속 가능성이 높을 수 있지만, 공기를 가르는 데 여전히 많은 에너지를 소비합니다. Remmerie는 10%만 더 간소화해도 5%의 에너지를 절약할 수 있으며, 이는 탑재된 배터리의 크기와 무게를 충분히 줄일 수 있는 수준이라고 말합니다.

그는 이 수치는 Tesla Semi와 같은 전기차에 대한 분석으로 뒷받침된다고 말합니다. 최근의 Airshaper 연구에서는 거울 위치, 운전실 모양, 트레일러 정렬을 변경하여 Semi가 다른 트럭에 비해 공기 저항을 덜 받는다는 것을 보여주었습니다. 따라서 3D 스캐닝을 활용한 경쟁사 분석은 곧 이 회사의 고객에게 큰 주목을 받을 것으로 예상됩니다.

Remmerie는 "새로운 트럭을 설계하고 있을 때 다른 사람이 주행거리가 엄청난 차량을 생산한다면 그 사람이 3D 스캐닝을 통해 어떻게 이를 구현했는지 알고 싶을 것입니다. 기존 트럭을 분석하여 이 트럭이 공기역학에 어떻게 대처하는지 알아보고 이러한 교훈을 바탕으로 자신의 차량을 개선할 수 있다는 점이 이 기술의 주요 이점 중 하나입니다."라고 결론지었습니다.

"예전에는 성숙한 시장이 있었지만, 전기차와 트럭으로 인해 상황이 다시 활짝 열리고 있습니다. 따라서 3D 스캐닝을 통해 새로운 차량 설계를 이해하는 것은 더욱 중요해질 것입니다."

더 자세히 알아보고 싶으십니까? 여기에서 Airshaper의 3D 트럭 보고서 전문을 확인할 수 있습니다.