Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля

Коэффицие́нт аэродинами́ческого сопротивле́ния — безразмерная величина, равная отношение силы лобового сопротивления автомобиля

F

{\displaystyle F}

к произведению скоростного напора

Q

{\displaystyle Q}

на площадь миделевого сечения автомобиля

S

{\displaystyle S}

. Обычно обозначается как

C

x

{\displaystyle C_{x}}

:

C

x

=

F

Q

⋅

S

.

{\displaystyle C_{x}={\frac {F}{Q\cdot S}}.}

Скоростной, или аэродинамический напор, имеет размерность давления (в СИ измеряется в паскалях) и определяется как:

Q

=

ρ

v

2

2

,

{\displaystyle Q={\frac {\rho v^{2}}{2}},}

где

v

{\displaystyle v}

— скорость, м/с;

ρ

{\displaystyle \rho }

— плотность воздуха, кг/м3.Лобовое аэродинамическое сопротивление:

F

=

C

x

ρ

v

2

2

S

.

{\displaystyle F=C_{x}{\frac {\rho v^{2}}{2}}S.}

C

x

{\displaystyle C_{x}}

зависит только от формы автомобиля и числа Рейнольдса, при равенстве всех критериев подобия, в данном случае существенно число Рейнольдса, одинаков для всех геометрически подобных тел, независимо от их конкретных размеров.

C

x

{\displaystyle C_{x}}

в широком диапазоне чисел Рейнольдса (Re), от ~1000 до ~105 приблизительно постоянно. При малых Re

C

x

{\displaystyle C_{x}}

увеличивается из-за перехода обтекающего потока в ламинарное течение, для автомобиля такое Re соответствует скорости нескольким десяткам сантиметрам в секунду. При Re>105 наступает полное развитие турбулентности как на лобовой, так и на тыльной сторонах обтекаемого тела и

C

x

{\displaystyle C_{x}}

снижается.

Чем меньше

C

x

{\displaystyle C_{x}}

, тем меньше лобовое сопротивление движению автомобиля и меньше расход топлива при прочих равных условиях.

C

x

{\displaystyle C_{x}}

современных легковых серийно выпускаемых автомобилей лежит в пределах от 0,2 до 0,35. У грузовых автомобилей и внедорожников, из-за плохо обтекаемого воздухом массивного кузова — до 0,5 и более.

Некоторые производители указывают в спецификациях эффективную площадь сопротивления автомобиля

S

e

f

f

{\displaystyle S_{eff}}

:

S

e

f

f

=

C

x

⋅

S

.

{\displaystyle S_{eff}=C_{x}\cdot S.}

Эта величина равна площади тонкой плоской пластины, ориентированной перпендикулярно набегающему потоку и испытывающей равную силу сопротивления с автомобилем, движущемся с той же скоростью, так как

C

x

{\displaystyle C_{x}}

тонкой пластины близок к 1. Эффективная площадь зависит не только от формы, но и от размеров автомобиля, точнее, от площади его миделева сечения. Эффективная площадь современных серийных составляет от 0,5 м2 для легковых до 2 и более квадратных метров у внедорожников и грузовиков.

Коэффициент сопротивления определяется экспериментальным путём продувкой макетов автомобилей в аэродинамической трубе, либо расчётным путём с помощью компьютерного моделирования.

Источник: Википедия