Русская Википедия:Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля
Коэффицие́нт аэродинами́ческого сопротивле́ния — безразмерная величина, равная отношению силы лобового сопротивления автомобиля <math>F</math> к произведению скоростного напора <math>Q</math> на площадь миделевого сечения автомобиля <math>S</math>. Обычно обозначается как <math>C_x</math>:
- <math>C_x = \frac {F} {Q \cdot S}.</math>
Скоростной, или аэродинамический напор, имеет размерность давления (в СИ измеряется в паскалях) и определяется как:
- <math>Q = \frac {\rho v^2}{2},</math>
- где <math>v</math> — скорость, м/с;
- <math>\rho</math> — плотность воздуха, кг/м3.
Лобовое аэродинамическое сопротивление:
- <math>F = C_x \frac {\rho v^2}{2} S.</math>
<math>C_x</math> 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. <math>C_x</math> в широком диапазоне чисел Рейнольдса (Re), от ~1000 до ~105 приблизительно постоянно. При малых Re <math>C_x</math> 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 <math>C_x</math> снижается.
Чем меньше <math>C_x</math>, тем меньше лобовое сопротивление движению автомобиля и меньше расход топлива при прочих равных условиях. <math>C_x</math> 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 <math>S_{eff}</math>:
- <math>S_{eff} = C_x \cdot S.</math>
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 <math>C_x</math> 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 автомобилей 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.
Мощность двигателя, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха
Мощность, затрачиваемая на перемещение тела с силой <math>F</math> равна произведению этой силы на скорость <math>v:</math>
- <math>P_a = F \cdot v.</math>
Так как сила аэродинамического сопротивления пропорциональна квадрату скорости, то часть мощности двигателя, идущей на преодоление сопротивления воздуху пропорциональна кубу скорости, т. е увеличение скорости в два раза требует увеличения мощности на преодоление сопротивления в восемь раз:
- <math>P_a = C_x \frac {\rho v^3}{2} S = \frac {\rho v^3}{2} S_{eff}.</math>
- Пример
У автомобиля в летний день (плотность воздуха ~1,2 кг/м3), с эффективной площадью 1 м2, движущегося со скоростью 10 м/с (36 км/час) двигатель затрачивает на преодоление сопротивления воздуха около 600 Вт, а при движении со скоростью 30 м/с (108 км/час) уже ~16 кВт (~22 л. с.).
Примеры
Некоторые примеры коэффициентов аэродинамического сопротивления современных автомобилей:
Серийно выпускаемые автомобили
-
<math>C_x = 0,29</math> — Peugeot 308, 2007
-
<math>C_x = 0,28</math> — Porsche 997, 2004
-
<math>C_x = 0,27</math> — Infiniti G35, 2002 (<math>C_x = 0,26</math> "aero package")
-
<math>C_x = 0,27</math> — Toyota Camry Hybrid, 2007
-
<math>C_x = 0,26</math> — Mercedes-Benz W221 S-Class, 2006
-
<math>C_x = 0,26</math> — Lexus LS 430, 2001 (0,25 air suspension)
-
<math>C_x = 0,26</math> — Toyota Prius, 2004
-
<math>C_x = 0,25</math> — Audi A2 1.2 TDI, 2001
-
<math>C_x = 0,24</math> — Tesla Model S, 2013
-
<math>C_x = 0,40</math> — Toyota Land Cruiser, 1991
Несерийные и уникальные автомобили
-
<math>C_x = 0,2</math> — Loremo, 2007
-
<math>C_x = 0,195</math> — General Motors EV1, 1996
-
<math>C_x = 0,19</math> — Mercedes-Benz Bionic, 2005
-
<math>C_x = 0,18</math> — Acabion, 2006
-
<math>C_x = 0,18</math> — Мерседес Т80, 1939
-
<math>C_x = 0,25 - 0,19</math> — Mercedes-Benz Concept IAA, 2015
См. также
Ссылки
- Унесенные ветром: Аэродинамика автомобилей, autotechnic.su, 30.10.2009
- Кадр дня: Сверхлегкий и сверхэкономичный автомобиль, Иван Карташев, 21 июня 2007 (Loremo AG: LS / GT)
| развернутьПартнерские ресурсы |
|---|
