Coeficientul aerodinamic al automobilelor (Cx)

    Aerodinamica automobilelor este știința care se ocupă cu studiul fenomenelor rezultate ca urmare a interacțiunii dintre automobil și aer. Simplificat, putem defini coeficientul aerodinamic ca un parametru care reprezintă rezistența cu care se opune aerul la deplasarea unui automobil. Cu cât coeficientul aerodinamic este mai mic cu atât rezistența aerului la deplasarea automobilului este mai mică.

Automobil testat în tunel aerodinamic

Foto: Automobil testat în tunel aerodinamic.
Sursa: BMW

    La deplasarea automobilului, datorită interacțiunii acestuia cu aerul, presiune din partea frontală crește, în timp ce presiunea din partea din spate scade. Datorită vâscozității aerului, după trecerea automobilului, aerului dislocat de acesta nu este înlocuit instantaneu ci după o anumită perioadă, astfel creîndu-se o depresiune. În același timp aerul este comprimat în partea frontală unde se creează o presiune dinamică.

Curgerea aerului în jurul automobilului – Porsche 911 Carrera S Coupe

Foto: Curgerea aerului în jurul automobilului – Porsche 911 Carrera S Coupe
Sursa: Porsche

    Aerul, datorită densității și vâscozității, se opune mișcării oricărui corp care-l pătrunde. Cu cât forma corpului este mai puțin aerodinamică cu atât forța de rezistență a aerului este mai mare. De asemenea forța cu care se opune aerul depinde de aria suprafeței transversale a corpului în mișcare. Cu cât volumul de aer dislocat de corp este mai mare cu atât rezistența aerului crește.

Direcționarea curgerii aerului în scopul răcirii componentelor automobilului – Porsche Panamera

Foto: Direcționarea curgerii aerului în scopul răcirii componentelor automobilului – Porsche Panamera
Sursa: Porsche

    Viteza automobilului joacă un rol extrem de important în ceea ce privește forța de rezistență a aerului la deplasarea automobilului. Aceasta crește cu pătratul vitezei, iar puterea rezistentă a aerului depinde de viteza automobilului ridicată la puterea a 3-a.

Expresia forței de rezistență a aerului la deplasarea automobilului

Foto: Expresia forței de rezistență a aerului la deplasarea automobilului

    Forța de rezistență a aerului depinde de patru parametrii:

  • densitatea aerului ρ = 1.225 kg/m3
  • coeficientul de rezistență longitudinal a aerului, Cx
  • viteza automobilului, vx
  • aria suprafeței transversale maxime, A

    Altfel spus puterea consumată pentru a învinge rezistența aerului este dată de produsul forței de rezistență a aerului cu viteza automobilului:

Puterea rezistentă a aerului la înaintarea automobilului

Foto: Puterea rezistentă a aerului la înaintarea automobilului

    Practic rezistența aerului are trei direcții pe care poate acționa asupra automobilului: longitudinal (x), lateral (y) și după axa verticală (z). Componenta cu efect semnificativ este cea după axa longitudinală (x) deoarece acesta coincide cu direcția de deplasare a automobilului.

Axele pe care poate acționa rezistența aerului

Foto: Axele pe care poate acționa rezistența aerului
Sursa: e-automobile.ro

    Fiecărei axe îi corespunde câte un coeficient aerodinamic (Cx, Cy și Cz). Deoarece automobilul se deplasează în direcția axei longitudinale coeficientul de rezistență al aerului pentru această axă va fi notat cu Cx, unde x reprezintă axa longitudinală.

    Din expresia forței de rezistență a aerului reiese că aceasta depinde de 3 parametrii: coeficientul aerodinamic (Cx), aria suprafeței transversale maxime (A) și viteza automobilului. Primii doi parametrii (Cx și A) sunt constanți și depind de forma caroseriei.

    Forma ideală din punct de vedere al aerodinamicii este aceea a unei picături de apă. Cx-ul acestei forme aerodinamice are valori în jur de 0.04. Cu cât un automobil se apropie de acestă formă cu atât rezistența aerului la deplasare va fi mai mică.

Forma aerodinamică ideală

Foto: Forma aerodinamică ideală
Sursa: e-automobile.ro

    Aurel Persu (1890 – 1977), inginer român, a construit primul automobil din lume cu profil aerodinamic. Automobilul a fost construit în Germania, în perioada 1922 – 1924. Din punct de vedere aerodinamic automobilul era remarcabil, valoarea coeficientului aerodinamic Cx fiind de doar 0.22. Automobilul se află expus la Muzeu Național Tehnic „Dimitrie Leonida” din București.

Automobilul lui Aurel Persu

Foto: Automobilul aerodinamic al lui Aurel Persu

    În cazul automobilelor de serie, coeficientul aerodinamic (Cx) are valori cuprinse între 0.24 și 0.57. În tabelul de mai jos sunt centralizate câteva exemple de coeficienți aerodinamici:

Automobil Model Coeficient aerodinamic (Cx)
Tesla Model S 2012 0.24
Toyota Prius 2010 0.25
Nissan GT-R 2010 0.26
Opel Insignia EcoFlex 2008 0.26
Mazda 6 2009 0.27
Nissan Leaf 2011 0.28
Chevrolet Volt 2010 0.28
Peugeot 407 2011 0.29

Hyundai Sonata

2006 0.30
BMW seria 7 2009 0.31
VW GTI Mk V 2006 0.32
Ford Fusion 2010 0.33
Aston Martin DB9 2004 0.34
Mini Cooper 2008 0.35
Subaru Impreza WRX 2010 0.36
Smart Roadster 2003 0.41
Hummer H2 2003 0.57

Sursa: Wikipedia

    Aria suprafeței transversale maxime depinde în mare măsură de lățimea și înălțimea caroseriei. Cu cât aceste valori sunt mai mari cu atât rezistența aerului la deplasarea automobilului va fi mai mare.

Vedere din față a unui automobil

Foto: Vedere din față a unui automobil

    Pentru un automobil dat, coeficientul aerodinamic și aria suprafeței transversale maxime au valori fixe. Astfel, rezistența la înaintare a automobilului va varia doar în funcție de viteza cu are acesta rulează. Pentru un automobil BMW M6 Coupe, cu coeficientul aerodinamic (Cx) = 0.32 și aria suprafeței transversale maxime (A) = 2.29 m2, variația puterii consumate pentru învingerea rezistenței aerului este reprezentată în figura de mai jos.

Puterea rezistentă a aerului (consumată de la motorul termic)

Foto: Puterea rezistentă a aerului (consumată de la motorul termic)
Sursa: e-automobile.ro

    Se poate observa că rezistența aerului începe să devină evidentă începând cu viteze de 50 km/h. Când automobilul rulează cu 100 km/h puterea necesară pentru a învinge rezistența aerului este în jur de 13 CP. La 200 km/h puterea rezistentă a aerului depășește valoarea de 100 CP! Dacă automobilul rulează cu 250 km/h peste 200 CP din puterea motorului sunt necesari pentru a menține viteza de deplasare!

    Coeficientul aerodinamic are un rol crucial atât în performanțele dinamice ale automobilelor cât și în cele de consum. Viteza maximă a automobilului este în mare măsură impusă de rezistența aerului. La viteze de peste 150 km/h o mare parte din puterea motorului este utilizată pentru a învinge rezistența aerului.

    Coeficientul aerodinamic ar trebui să fie un parametru foarte important la selecția unui automobil în vederea cumpărării, mai ales dacă automobilul respectiv va fi rulat cu precădere în mediu extraurban. Valorile furnizate de producători pentru consumul de combustibil sunt cele obținute pe ciclul de omologare. Pe ciclul european de omologare, NEDC, viteza maximă cu care rulează automobilul este de doar 120 km/h pe o durată foarte scurtă. Din acest motiv impactul coeficientului aerodinamic asupra consumului este minimizat. Deci, atenție la Cx!

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

RobertAdrian
Marți, 27 Decembrie 2016 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
COSWORTH97
Joi, 27 Octombrie 2016 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Opel Calibra s-ar incadra cu brio daca vine vorba de aerodinamica :)
Articolul mi s-a parut interesant si folositor

Raportează comentariul

Login

Logo motorul anului