Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля

Коэффицие́нт аэродинами́ческого сопротивле́ния — безразмерная величина, равная отношению силы лобового сопротивления автомобиля ${\displaystyle F}$ к произведению скоростного напора ${\displaystyle Q}$ на площадь миделевого сечения автомобиля ${\displaystyle S}$. Обычно обозначается как ${\displaystyle C_{x}}$:

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

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

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

где ${\displaystyle v}$ — скорость, м/с;

${\displaystyle \rho }$ — плотность воздуха, кг/м³.

Лобовое аэродинамическое сопротивление:

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

Коэффициент аэродинамического сопротивления сферы в зависимости от числа Рейнольдса. Приведены графики для гладкой и шероховатой сфер. Развитая турбулентность потока у гладкой сферы развивается при бо́льших скоростях потока.

${\displaystyle C_{x}}$ 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. ${\displaystyle C_{x}}$ в широком диапазоне чисел Рейнольдса (Re), от ~1000 до ~10⁵ приблизительно постоянно. При малых Re ${\displaystyle C_{x}}$ 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 ${\displaystyle C_{x}}$ снижается.

Чем меньше ${\displaystyle C_{x}}$, тем меньше лобовое сопротивление движению автомобиля и меньше расход топлива при прочих равных условиях. ${\displaystyle C_{x}}$ 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 ${\displaystyle S_{eff}}$:

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

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 ${\displaystyle C_{x}}$ 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.