Współczynnik siły nośnej (Cl)

Współczynnik siły nośnej, oznaczany Cl, to liczba bezwymiarowa opisująca, jak dużą pionową siłę aerodynamiczną generuje nadwozie pojazdu, gdy powietrze opływa je z góry i z dołu. Wyraża tę siłę w odniesieniu do ciśnienia dynamicznego powietrza oraz powierzchni odniesienia pojazdu, dzięki czemu ten sam współczynnik obowiązuje niezależnie od prędkości jazdy. Wartość dodatnia oznacza siłę nośną, czyli skierowaną ku górze siłę odciążającą auto, natomiast wartość ujemna oznacza docisk, czyli siłę skierowaną w dół, która przyciska auto do drogi.

Zjawisko to wynika z różnicy ciśnień powietrza nad i pod pojazdem. Gdy powietrze przyspiesza nad zaokrąglonym dachem i maską, traci ciśnienie, podobnie jak nad skrzydłem samolotu, podczas gdy powietrze pod płaskim lub źle ukształtowanym spodem może zwalniać i zyskiwać ciśnienie. Jeśli ciśnienie pod pojazdem przewyższa ciśnienie nad nim, efektem netto jest siła nośna; jeśli sprytne ukształtowanie podłogi, dyfuzora i skrzydeł sprawia, że ciśnienie pod pojazdem jest niższe niż nad nim, efektem netto jest docisk. Współczynnik siły nośnej ujmuje po prostu bilans tych ciśnień jako jedną, porównywalną wartość.

Dlaczego to ma znaczenie, staje się jasne przy prędkości. Dodatnia siła nośna zmniejsza nacisk dociskający opony do drogi, a ponieważ przyczepność opony zależy od tego nacisku pionowego, siła nośna niepostrzeżenie pogarsza pokonywanie zakrętów, hamowanie i przyczepność dokładnie wtedy, gdy auto jedzie na tyle szybko, że najbardziej ich potrzebuje. Auto, które przy dużej prędkości wydaje się lekkie, nieprecyzyjne lub nerwowe na wzniesieniach, często cierpi właśnie z powodu siły nośnej. Ujemna siła nośna, czyli docisk, działa odwrotnie, zwiększając efektywny nacisk na opony i pozwalając na większe siły w zakrętach i podczas hamowania, dlatego pojazdy wyścigowe inwestują w jej wytwarzanie tak ogromne środki.

Rozkład tej pionowej siły między osią przednią a tylną jest równie ważny jak jej całkowita wartość. Auto wytwarzające docisk tylko z tyłu lub tracące go tylko z przodu staje się niezrównoważone wraz ze wzrostem prędkości, skłaniając się ku podsterowności lub nagłej nadsterowności. Konstruktorzy stroją więc przednie i tylne elementy aerodynamiczne, czyli spojlery progowe, skrzydła, dyfuzory i ukształtowanie spodu, tak aby siła nośna lub docisk pozostawały zrównoważone między przodem a tyłem i prowadzenie było przewidywalne w całym zakresie prędkości.

Współczynnik siły nośnej to jedna połowa charakteru aerodynamicznego pojazdu, drugą jest współczynnik oporu, który mierzy opór ruchu naprzód. Oba są ze sobą powiązane, ponieważ elementy tworzące docisk zwykle zwiększają opór, co wymusza kompromis między prędkością maksymalną a statecznością przy dużych prędkościach. Zwykłe auta drogowe projektuje się na ogół na niewielki, lekko dodatni lub bliski zeru współczynnik siły nośnej, godząc się na odrobinę siły nośnej w zamian za niski opór i dobrą ekonomię, podczas gdy auta sportowe i wyścigowe celowo zabiegają o opór w pogoni za przyczepnością, jaką daje prawdziwy docisk.