Analysis of drag coefficient based on velocity and distance ratio in the Ahmed model platoon driving = 아흐메드 모델 군집주행 시 속도와 차간거리에 따른 항력계수 분석

국문 초록 (Abstract)

아흐메드(Ahmed) 모델은 일반적인 자동차 형상을 상당히 단순화시킨 모델이며, 항력 메커니즘 분석을 위한 대표적인 기준 모델로 널리 사용된다. 군집주행은 차량 간 유동 상호작용을 통해 전체 항력 감소 효과를 유도할 수 있는 기술이다. 본 연구에서는 아흐메드 모델을 기반으로 속도 및 차간거리 변화에 따른 2대, 3대, 그리고 4대의 군집주행 조건에 대한 수치해석을 수행했고, RANS 기반 SST k-ω 난류모델을 적용하여 항력계수 변화를 예측했다. 이전 연구에서 보고된 실험값과의 비교를 통해 0.6%에서 5.0% 이내의 오차를 가진 타당성 검증을 통해 높은 신뢰성을 확보했다. CFD 해석 결과 차간거리가 가까울수록 항력 감소 효과가 크게 나타나고, 군집 내 차량 수가 증가할수록 연료 소비 감소율이 향상됨을 확인했다. 또한, 모든 속도 조건에서 차간거리가 멀어질수록 차량 간 유동 상호작용이 약화되며 항력계수는 유사해지는 경향을 보였고, 이를 바탕으로 속도 및 차간거리에 따른 항력계수 상관식이 제시되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Ahmed model, a simplified representation of a typical vehicle shape, is widely used as a benchmark model for analyzing aerodynamic drag mechanisms. Platooning is a technique that reduces overall aerodynamic drag through flow interactions between vehicles. In this study, numerical simulations were conducted under platooning conditions involving 2, 3, and 4 vehicles, based on the Ahmed model, considering variations in velocity and inter-vehicle distance ratio. The RANS-based SST k-ω turbulence model was applied to predict changes in drag coefficients. Validation against previously reported experimental data demonstrated high reliability, with prediction errors ranging from 0.6% to 5.0%. CFD results indicated that shorter inter-vehicle distances significantly enhance drag reduction, and increasing the number of vehicles in the platoon further improves fuel savings. Across all velocity conditions, increased inter-vehicle spacing weakened flow interactions, resulting in drag coefficients that gradually converged. Based on these findings, an empirical correlation was developed to express the drag coefficient as a function of velocity and inter-vehicle distance ratio.