Portal:Auto und Motorrad/Luftwiderstandsbeiwert

Der Strömungswiderstandskoeffizient ist ein relatives Maß für den Strömungswiderstand eines von einem Gas umströmten Körpers im Vergleich zu dem Widerstand, den ein anderer Körper gleicher Querschnittsfläche, aber anderer Form erfährt.

Andere Bezeichnungen lauten Luftwiderstandskoeffizient (da die wichtigsten Anwendungen von Bewegung in Luft handeln), Luftwiderstandsbeiwert (in deutschsprachiger technischer Literatur heißt ein Koeffizient oft noch Beiwert) oder c_w-Wert (nach dem üblichen Formelzeichen). Man beachte, dass das Formelzeichen c_w (mit w für Widerstand) nur im deutschen Sprachraum üblich ist; im Englischen wird der [en:drag coefficient] als C_d oder C_x notiert.

Der Strömungswiderstand (auch Luftwiderstand, Stirnwiderstand genannt), also die Kraft (Physik), die ein Körper einem Gasstrom entgegensetzt, ist für turbulente Strömung in erster Näherung

$F={\frac {1}{2}}\cdot \rho \cdot c_{w}\cdot A\cdot v^{2}.$

Der Strömungswiderstand hängt somit ab von

• der Dichte des strömenden Gases $\rho$ (vergleiche Luftdichte),
• der projizierten Frontfläche A (der Flächeninhalt der Silhouette des Körpers, anschaulich darstellbar als der Schatten, den der Körper an eine Wand werfen würde, wenn er von hinten [oder vorne] mit parallelen Lichtstrahlen angestrahlt wird),
• der Strömungsgeschwindigkeit v und
• dem Strömungswiderstandskoeffizienten c_w.

Der $c_{w}$-Wert wird im Windkanal gemessen. Der Körper steht dabei auf einer Platte, die mit Kraftsensoren ausgestattet ist. Die Kraft in Richtung des Luftstroms wird gemessen. Die Widerstandskraft F, , und projizierte Frontfläche A sind dann bekannt.

Wenn man die Dichte der Luft als nicht beeinflussbar ansieht, sieht man, dass der $c_{w}$-Wert und die projizierte Frontfläche gleichen Einfluss auf den Strömungswiderstand haben. Bedeutender aber ist die Geschwindigkeit, die quadratisch in die Formel eingeht. Der Luftwiderstand sinkt also auf 1/4, wenn man die Geschwindigkeit halbiert.

Auf den Verbrauch von Kraftfahrzeugen bezogen können ein niedriger $c_{w}$-Wert und eine kleine projizierte Frontfläche diesen positiv beeinflussen, den größeren Einfluss hat aber der Fahrer durch die Wahl seiner Geschwindigkeit. Mit der aufzubringenden Motorleistung
($P=F\cdot \ v$) wächst der Einfluß der Geschwindigkeit mit der dritten Potenz. So läßt sich beispielsweise durch Reduzierung der Geschwindigkeit von 160 auf 130 km/h der Leistungsbedarf um ca. 35% und somit den Verbrauch senken.

$c_{w}$ ist für viele Körper über große Strömungsbereiche weitgehend konstant; bei verschiedenen Körpern oder bei kleiner Reynolds-Zahl kann $c_{w}$ stark von den typischen Werten abweichen. Für eine glatte Kugel (bei hoher Reynoldszahl) etwa variiert $c_{w}$ zwischen 0,1 und 0,45. In der Nähe der Schallgeschwindigkeit steigt $c_{w}$ auf ein Mehrfaches an und sinkt bei sehr hohen Machzahlen auf etwa den doppelten Unterschall-$c_{w}$-Wert.

Typische $c_{w}$-Werte:

1,4	Fallschirm
1,1	Scheibe, Wand
0,8	Lkw
0,78	Mensch, stehend
0,7	Motorrad, unverkleidet
0,5	Cabrio offen, Motorrad verkleidet
0,45	Kugel
0,34	Halbkugel
0,15	optimal gestaltetes Fahrzeug
0,08	Tragflügel beim Flugzeug
0,05	Tropfenform

Beispiele für Luftwiderstandbeiwerte von Serien-PKW

0,39	Mercedes M-Klasse
0,37	Smart ForTwo
0,36	Subaru Forester
0,35	NSU Ro 80 (1965)
0,34	Ford Sierra
0,325	VW Golf V
0,32	Alfa 147
0,31	Jaguar XJ
0,28 - 0,30	Mercedes CLK Cabrio (je nach Modell)
0,29	Opel Vectra A
0,26	Toyota Prius
0,25	Audi A2 1.2 TDI

Siehe auch: Themenliste Straßenverkehr, Rollwiderstand