Ilmanvastus

Ilmanvastus on karkeasti ilmanvastuskerroin kertaa ajoneuvon otsapinta-ala. Otsapinta-ala on se pinta-ala, joka näkyy katsottaessa ajoneuvoa suoraan edestäpäin. Se on toisin sanoen ajoneuvon poikkipinta-ala liikettä vastaan kohtisuorassa asennossa.

Laskettaessa tarkkaa ilmanvastuksen aiheuttamaa voimaa käytetään kaavaa F = ½ s v² A Cv, jossa F on vastusvoima, s on ilman tiheys, v on kappaleen nopeus, A on otsapinta-ala ja Cv on ilmanvastuskerroin. Laskettaessa ilmanvastuksen voittamiseen tarvittavaa tehoa korotetaan nopeus v kolmanteen potenssiin, sillä P = F v = ½ s v³ A Cv

Pienillä nopeuksilla ei ilmanvastuksella ole paljoa merkitystä, mutta nopeuden kasvaessa kaksinkertaiseksi kasvaa ilmanvastus(voima) nelinkertaiseksi ja sen voittamiseksi tarvittava teho kahdeksankertaiseksi.

Historia

Ilmanvastukseen alettiin kiinnittää huomiota jo 1920-luvuilla, jolloin huomattiin sulavammin muotoillun kilpa-ajoneuvon menevän kovempaa. Siihen aikaan ei vielä ajateltu, että jos autosta tekee pystysuuntaisen siiven muotoisen, niin suuntavakaus kärsii ja painopiste on korkealla. Myös ei-kilpa-autoihin rakennettiin aerodynaamisia koreja, kuten Tatraplaniin ja Auburniin. Varsinaisesti ilmanvastus tuli yleisön tietoon 1970-luvun energiakriisin aikoihin, jolloin autoille haettiin yhä pienempää polttoaineen kulutusta.

Ilmanvastuskertoimen kaupallisessa toteutuksessa Saab on pioneeri, jo sen ensimmäiset mallit olivat sulavasti muotoiltuja (lentokonevalmistaja kun oli). 1980-luvulle tultaessa kaikki merkittävät autonvalmistajat omistivat tuulitunnelin, ja jokaiselle mallille oli mainittu joku kerroin. Ennen vuotta ~1990 esitellyille autoille ilmoitettuihin ilmanvastuskertoimiin kannattaa kuitenkin suhtautua varauksella, sillä samaa autoa testattiin useissa tuulitunneleissa ja automallille viralliseksi arvoksi ilmoitettiin paras saavutettu tulos.

Ilmanvastuskerroin

Ilmanvastuskerroin mitataan tuulitunnelissa, jollainen on esim. suurimmilla autotehtailla. Täysikokoisessa tuulitunnelissa ilmavirta tuotetaan puhaltimella, jota pyörittävien moottorien teho on muutamia megawatteja.

Ilmanvastuskerroin (drag coefficient) ilmoitetaan useimmiten C_d tai C_x merkinnällä. Nykyään on myös käytössä merkintä C_dA (tai C_xA), joka ottaa huomioon sekä ilmanvastuskertoimen että otsapinta-alan.

Ilmanvastuskertoimia:

• henkilöautot 0,25...0,40
• kuorma-autot 0,80...1,20
• lentokoneen runko noin 0,14
• pallo 0,44
• pisaranmuotoinen kappale 0,05

Tyypillisiä arvoja ja esimerkkejä

Tyypillinen nykyaikainen auto saavuttaa ilmanvastuskertoimen (C_d) 0,30 ja 0,35 väliltä. SUV-autoilla arvo on tyypillisesti 0,35–0,45. Jotkin autot saavuttavat arvoja väliltä 0,25–0,30, tosin joskus suunnittelijat suurentavat kerrointa vähentääkseen autoon kohdistuvaa nostovoimaa.

Esimerkkejjä C_d-arvoista:

• 0.137 - Ford Probe V prototyyppi, 1985
• 0.14 - Fiat Turbina konseptiauto, 1954
• 0.16 - Daihatsu UFEIII konseptiauto, 2005
• 0.16 - General Motors Precept konseptiauto, 2000
• 0.19 - Alfa Romeo BAT konseptiauto, 1953
• 0.19 - Dodge Intrepid ESX konseptiauto , 1995
• 0.19 - Mercedes-Benz "Bionic Car" konseptiauto, 2005 [1]
• 0.195 - General Motors EV1, 1996
• 0.20 - Loremo konseptiauto, 2006
• 0.20 - Opel Eco Speedster konseptiauto, 2003
• 0.212 - Tatra T77 a, 1935
• 0.24 - Audi A2 1.2 TDI, 2001
• 0.25 - Dymaxion Car, 1933
• 0.25 - Honda Insight, 1999
• 0.26 - Citroen C-SportLounge, konseptiauto 2005
• 0.26 - Alfa Romeo Disco Volante, 1952
• 0.26 - Hotchkiss Gregoire, 1951
• 0.26 - Mercedes-Benz W221 S-Class, 2006
• 0.26 - Opel Calibra, 1989
• 0.26 - Toyota Prius, 2004
• 0.27 - Audi A4 B8 sedan, 2008 Tuulilasi
• 0.27 - Infiniti G35, 2002 (0.26 "Aero-paketilla")
• 0.27 - Mercedes-Benz W203 C-Class Sedan, 2001–2007
• 0.27 - Rumpler, 1921
• 0.27 - Toyota Camry Hybrid, 2007
• 0.27 - VW Passat B5 sedan 1996 - 2005 ajovalo.net
• 0.28 - Audi A4 B6 2002 sedan, Tuulilasi
• 0.28 - Porsche 997, 2004
• 0.28 - Renault 25 TS, 1984
• 0.28 - Saab 9-3, 2003
• 0.28 - Toyota Camry ja sisarmalli Lexus ES, 2005
• 0.29 - Alfa Romeo 155, 1992–1997
• 0.29 - BMW 8-sarja E31, 1989
• 0.29 - Chevrolet Corvette, 2005
• 0.29 - Dodge Charger Daytona, 1969
• 0.29 - Honda Accord Hybrid, 2005
• 0.29 - Honda CRX HF 1988
• 0.29 - Lancia Dedra, 1990–1998
• 0.29 - Lotus Elite, 1958
• 0.29 - Mazda RX-7 FC3S Aero Package, 1986–1991
• 0.29 - Mercedes-Benz W203, C-sarjan Coupe; 2001–2007
• 0.29 - Mercedes-Benz W124, 1985–1996
• 0.29 - Porsche Boxster, 2005
• 0.29 - Subaru XT, 1985
• 0.29 - Peugeot 405, 1987
• 0.29 - Peugeot 407, 2004
• 0.29 - Peugeot 308, 2007
• 0.30 - Audi 100, 1983
• 0.30 - BMW E90, 2006
• 0.30 - Porsche 996, 1997
• 0.30 - Saab 92, 1947
• 0.31 - Peugeot Bipper, 2008
• 0.31 - Audi A4 B5, 1995 enWikipedia/Automobile drag coefficients
• 0.31 - Citroën AX, 1986
• 0.31 - Citroën GS, 1970
• 0.31 - Eagle Vision
• 0.31 - Ford Falcon, 1995-1998
• 0.31 - Mazda RX-7 FC3S, 1986–1991
• 0.31 - Renault 25, 1984
• 0.31 - Saab Sonett III, 1970
• 0.32 - Toyota Celica,1995–2005
• 0.32 - Peugeot 406, 1996
• 0.32064 - Volkswagen Golf mk5 GTI, 2006
• 0.33 - Audi A3, 2006
• 0.33 - Citroen SM, 1970
• 0.33 - Dodge Charger, 2006
• 0.33 - Mazda RX-7 FC3C, 1987–91
• 0.33 - Subaru Impreza WRX STi, 2004
• 0.338 - Chevrolet Camaro, 1995
• 0.34 - Audi RS4 B5 farmari
• 0.34 - Chevrolet Caprice, 1994–1996
• 0.34 - Chevrolet Corvette Z06, 2006
• 0.34 - Ferrari F40, 1987
• 0.34 - Ford Sierra, 1982
• 0.35 - Peugeot 205, 1983
• 0.355 - NSU Ro80, 1967–1977
• 0.36 - Citroën CX, 1974 (auto nimi tulee ilmanvastuskertoimesta)
• 0.36 - Citroën DS, 1955
• 0.36 - Eagle Talon, 90-luvun puoliväli
• 0.36 - Ferrari Testarossa, 1986
• 0.36 - Honda Civic, 2001
• 0.36 - Opel GT (1968), 1969
• 0.372 - Ferrari F50, 1996
• 0.374 - Ford Capri Mk III, 1978–1986
• 0.38 - Mazda Miata, 1989
• 0.38 - Volkswagen Kupla
• 0.39 - Dodge Durango, 2004
• 0.39 - Triumph Spitfire, 1964–1970
• 0.42 - Lamborghini Countach, 1974
• 0.42 - Plymouth Duster, 1994
• 0.42 - Triumph Spitfire Mk IV, 1971–1980
• 0.44 - Toyota Truck, 1990–1995
• 0.51 - Citroën 2CV
• 0.57 - Hummer H2, 2003
• 0.7 - Caterham Seven
• 0.7 to 1.1 - tyypillinen arvo Formula 1 -autolle (downforcen säätö eri radoille)
• vähintään 0.6 - tavallinen kuorma-auto

Nämä arvot ovat perusmalleille. Nopeammilla ja luksusmalleilla on usein suuremmat arvot johtuen leveämmistä renkaista ja ylimääräisista spoilereista.

Lähde

• Artikkeli käyttää sisältöä englanninkielisen Wikipedian Drag_coefficient-artikkelista. Wikipediasta voi ottaa tekstiä tietyin ehdoin, koska Wikipedia on GFDL-lisenssillä.