Коэффициент лобового сопротивления

Рассмотрим, из чего складывается и как действует сопротивление воздуха на движущийся автомобиль.

Взаимодействие воздуха и автомобиля можно представить как сумму сопротивлений: профильного, индуктивного, внутреннего, а также сопротивлений трения и выступов.

• Наибольший вклад (около 58%) приходится на профильное сопротивление, обусловленное самой формой кузова. Воздух, обтекающий автомобиль, как бы сжимается впереди него, создавая значительное положительное давление.

• Сопротивление выступов (13% всех потерь) связано с аэродинамическим сопротивлением выступающих деталей автомобиля (зеркала, антенны, ручки дверей и т. д.).

• Сопротивление трения (11% всех потерь) обусловлено «прилипанием» к поверхности кузова слоев воздуха, вследствие чего поток вблизи нее теряет скорость.

• Внутреннее сопротивление (10% всех потерь) возникает при прохождении воздуха через системы охлаждения и вентиляции.

• Индуктивное сопротивление (8% в общем балансе) вызывается разностью давлений на верхнюю и нижнюю части кузова. В результате их взаимодействия возникает сила, отжимающая автомобиль от земли, — подъемная. Хотя она и уменьшает сопротивление качению, ее влияние на ходовые качества машины в целом отрицательно — это уменьшение силы сцепления колес с дорогой, которое влечет за собой ухудшение управляемости.

С помощью выражения

(где ρж — плотность жидкости; r — радиус шара; v — скорость его поступательного движения; η — коэффициент вязкости жидкости) закон Стокса преобразуется к безразмерному виду (1):

где Cx — коэффициент лобового сопротивления, а Re — число Рейнольдса.

где Xα — сила лобового сопротивления; S — характерная площадь; q — скоростной напор.

Коэффициент лобового сопротивления Сx зависит и от скорости (числа Маха ), и от свойств среды (числа Рейнольдса), но в первую очередь зависит от формы и обтекаемости самого тела. Коэффициент Сx определяют экспериментально, численно он равен силе сопротивления воздуха в ньютонах, создаваемой при движении автомобиля со скоростью 1 на 1 лобовой площади.