Συντελεστής άνωσης (Cl)

Ο συντελεστής άνωσης, που γράφεται Cl, είναι ένας αδιάστατος αριθμός που ποσοτικοποιεί πόση κατακόρυφη αεροδυναμική δύναμη παράγει το αμάξωμα ενός οχήματος καθώς ο αέρας ρέει από πάνω και από κάτω του. Εκφράζει αυτή τη δύναμη σε σχέση με τη δυναμική πίεση του αέρα και την επιφάνεια αναφοράς του αυτοκινήτου, ώστε ο ίδιος συντελεστής να ισχύει ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα κινείται το αυτοκίνητο. Μια θετική τιμή υποδηλώνει άνωση, μια ανοδική δύναμη που τείνει να ελαφρύνει το αυτοκίνητο, ενώ μια αρνητική τιμή υποδηλώνει κάθετη δύναμη πρόσφυσης (downforce), μια καθοδική δύναμη που πιέζει το αυτοκίνητο στον δρόμο.

Το φαινόμενο προκύπτει από τη διαφορά πίεσης του αέρα ανάμεσα στο πάνω και το κάτω μέρος του οχήματος. Καθώς ο αέρας επιταχύνει πάνω από την καμπύλη οροφή και το καπό χάνει πίεση, όπως ακριβώς συμβαίνει πάνω από την πτέρυγα ενός αεροσκάφους, ενώ ο αέρας που περνά κάτω από ένα επίπεδο ή κακώς διαχειριζόμενο κάτω μέρος μπορεί να επιβραδυνθεί και να αποκτήσει πίεση. Αν η πίεση από κάτω υπερβαίνει την πίεση από πάνω, το καθαρό αποτέλεσμα είναι άνωση. Αν η έξυπνη διαμόρφωση του κάτω δαπέδου, του διαχύτη (diffuser) και των πτερυγίων κάνει την πίεση από κάτω χαμηλότερη από αυτήν επάνω, το καθαρό αποτέλεσμα είναι κάθετη δύναμη πρόσφυσης. Ο συντελεστής άνωσης απλώς αποτυπώνει την ισορροπία αυτών των πιέσεων σε έναν ενιαίο συγκρίσιμο αριθμό.

Η σημασία του γίνεται σαφής στις υψηλές ταχύτητες. Η θετική άνωση μειώνει το φορτίο που πιέζει τα ελαστικά στον δρόμο, και καθώς η διαθέσιμη πρόσφυση ενός ελαστικού εξαρτάται από αυτό το κατακόρυφο φορτίο, η άνωση υπονομεύει διακριτικά την οδική κρατημένη στις στροφές, την πέδηση και την πρόσφυση ακριβώς τη στιγμή που το αυτοκίνητο κινείται αρκετά γρήγορα ώστε να τις χρειάζεται περισσότερο. Ένα αυτοκίνητο που νιώθει ελαφρύ, αόριστο ή νευρικό πάνω από κορυφογραμμές σε υψηλή ταχύτητα συχνά υποφέρει από άνωση. Η αρνητική άνωση, δηλαδή η κάθετη δύναμη πρόσφυσης, κάνει το αντίθετο, αυξάνοντας το πραγματικό φορτίο στα ελαστικά και επιτρέποντας υψηλότερες δυνάμεις στις στροφές και στην πέδηση, γι' αυτό και τα αγωνιστικά αυτοκίνητα επενδύουν τόσο πολύ στην παραγωγή της.

Η κατανομή αυτής της κατακόρυφης δύναμης ανάμεσα στον εμπρός και τον πίσω άξονα είναι εξίσου σημαντική με το συνολικό της μέγεθος. Ένα αυτοκίνητο που αναπτύσσει κάθετη δύναμη πρόσφυσης μόνο στο πίσω μέρος, ή που τη χάνει μόνο στο εμπρός, γίνεται ασταθές καθώς αυξάνεται η ταχύτητα, τείνοντας προς υποστροφή ή απότομη υπερστροφή. Οι μηχανικοί ρυθμίζουν επομένως τα αεροδυναμικά εξαρτήματα εμπρός και πίσω, τα splitter, τις πτέρυγες, τους διαχύτες και τη διαμόρφωση του κάτω μέρους, ώστε να διατηρείται η άνωση ή η κάθετη δύναμη ισορροπημένη εμπρός με πίσω και η οδική συμπεριφορά να παραμένει προβλέψιμη σε όλο το εύρος ταχυτήτων.

Ο συντελεστής άνωσης είναι το ένα από τα δύο σκέλη του αεροδυναμικού χαρακτήρα ενός οχήματος, με το άλλο να είναι ο συντελεστής αεροδυναμικής αντίστασης, που μετρά την αντίσταση στην εμπρόσθια κίνηση. Τα δύο συνδέονται, καθώς τα εξαρτήματα που δημιουργούν κάθετη δύναμη πρόσφυσης συνήθως προσθέτουν αντίσταση, επιβάλλοντας έναν συμβιβασμό ανάμεσα στην τελική ταχύτητα και την ευστάθεια σε υψηλές ταχύτητες. Τα συνηθισμένα αυτοκίνητα δρόμου σχεδιάζονται γενικά για έναν μικρό, ελαφρώς θετικό ή σχεδόν μηδενικό συντελεστή άνωσης, δεχόμενα μια ελάχιστη άνωση με αντάλλαγμα τη χαμηλή αντίσταση και την καλή οικονομία, ενώ τα αυτοκίνητα επιδόσεων και τα αγωνιστικά επιδιώκουν σκόπιμα μεγαλύτερη αντίσταση χάριν της πρόσφυσης που προσφέρει η πραγματική κάθετη δύναμη.