Tech! Dit is wat je moet weten over Cw-waardes

Fabrikanten strooien maar wat graag met de Cw-waardes van nieuwe modellen en dan vooral als het om verbruikswonderen gaat. Heb je nou echt iets aan dat getalletje, of is het loze marketingpraat? We leggen het uit.

De meeste auto's hebben een Cw-waarde van ergens tussen de 0,25 en de 0,35. De BMW i8 bijvoorbeeld doet het bijzonder netjes met een waarde van 0,26, aan de andere kant van het spectrum vinden we rijdende tuinhuisjes als de Hummer H2. Deze kar heeft een luchtweerstandscoëfficiënt van 0,57. Fijn, maar wat kun je daaruit afleiden?

Een Cw-waarde of luchtweerstandscoëfficiënt geeft eigenlijk aan hoe 'makkelijk' een bepaald oppervlak door een stromend medium snijdt. Stromend medium klinkt zweverig, maar in dit geval bedoelen we er lucht mee. De Cw-waarde kun je dus zien als een soort keurmerk, maar een auto met een lage waarde heeft niet per definitie weinig luchtweerstand. Daarvoor is ook het frontaaloppervlak van belang.

Berekeningen

Dat kan worden geïllustreerd aan de hand van de volgende formule, waarmee de luchtweerstand van een bepaalde auto bij een bepaalde snelheid kan worden berekend. Schrik niet van een paar cijfertjes en berekeningen. Ondergetekende heeft allesbehalve een wiskundeknobbel en snapt het ook, dus reken maar dat het simpel is.

De formule om luchtweerstand te berekenen luidt:

F = 0,5 x ρ x v² x Cw x A

Waarbij:

F = de kracht die op de auto werkt, uitgedrukt in N (Newton). Simpel gezegd: de auto rijdt van A naar B, dan werkt F dus van B naar A. Of: de auto rijdt van links naar rechts, dan werkt F van rechts naar links.

ρ = (spreek uit 'rho') is de luchtdichtheid in kg per m³. We houden voor het gemak een gemiddelde waarde van 1,23 aan.

v = de snelheid in meter per seconde. Ezelsbruggetje: om van km/u naar m/s te gaan, deel je het aantal kilometers per uur door 3,6.

Cw = de Cw-waarde

A = het frontaaloppervlak in m²

Laat 't even rustig op je inwerken en klik niet meteen weg, want het is eenvoudiger dan je denkt. Merk in elk geval op dat de snelheid van enorme invloed is op de luchtweerstand. Deze moet immers worden gekwadrateerd om tot de oplossing van de formule te komen.

Laten we als voorbeeld de awesome McLaren F1 nemen. Deze auto heeft een Cw-waarde van 0,32 (met actieve spoiler ingeklapt) en een frontaaloppervlak van 1,79 m². De topsnelheid van deze auto bedraagt 386 km/u (386 / 3.6 = 107,23 m/s) , terwijl het maximumvermogen 'slechts' 627 pk is. Aan de hand van de volgende berekening gaan we je laten zien hoe dat komt.

We vullen de waardes in de formule in:

F = 0,5 x 1.23 x 107,23² x 0,32 x 1,79. Met andere woorden: F = 4.050 N. Fijn, maar daar kunnen we nog niks mee. We kunnen met dit getal echter het vermogen berekenen dat nodig is om deze snelheid te rijden. Let wel: het gaat hierbij om een windstille situatie en alléén om de luchtweerstand. Rolweerstand en gewicht laten we buiten beschouwing, we focussen ons alleen op de Cw-waarde.

Het vermogen dat nodig is om een 386 km/u is vrij simpel te berekenen. Vermenigvuldig F met de snelheid in m/s en je krijgt het vermogen in W (Watt). Deel dat door 1.000 en je krijgt het vermogen in kW. Dat vermenigvuldigen we met 1,359 et voilà: u hebt het vermogen in pk's. Kijk mee!

4.050 x 107,23 = 434281,5 W / 1.000 = 434,28 kW x 1.359 = 590 pk. Hopsa! De McLaren F1 heeft dus 590 pk nodig om de luchtweerstand bij 386 km/u de baas te kunnen. Hoe komt dat? De Cw-waarde is toch niet dusdanig laag dat het daaraan ligt? Klopt! Wat de McLaren echter perfect illustreert, is dat het frontaaloppervlak minstens even belangrijk is.

Moderne supercars zijn vaak twee meter breed bij, laten we zeggen, rond de 1,20 meter hoog. De F1 daarentegen is slechts 1.820 mm breed en da's vrij bizar voor een supercar. Dat plus nog een hoop andere factoren draagt ertoe bij dat het frontaaloppervlak van de Mac bijzonder klein is.

Ter vergelijk: de Bugatti 'daar heb je 'm weer' Veyron heeft een oppervlak van 2,07 m² en een Cw-waarde van 0,36 in verlaagde toestand en met lage spoilers. Vul die getallen in de formule in en je zult zien dat de Bug maar liefst 767 pk nodig heeft om 386 km/u te rijden! De Cw-waarde is niet eens significant hoger dan die van de F1, het frontaaloppervlak is dat echter wel.

Daarbij moet natuurlijk wel worden opgemerkt dat de W16 van de Veyron behoorlijk wat koeling nodig heeft en koelgaten zijn weer funest voor de luchtweerstand. Daarom tapen fabrikanten ook zoveel mogelijk gaten en kieren dicht, als een model wordt getest bij de NEDC-cyclus. Hoe minder luchtweerstand, hoe lager het verbruik over het algemeen uit zal vallen want de motor hoeft minder hard te werken om de luchtweerstand te overwinnen.

Een extreem voorbeeld daarvan is de Ecorunner V, van studenten aan de TU Delft. Deze überzuinige recordauto heeft een Cw-waarde van 0,0512!

Drag area is een betere benchmark

Verschillende experts pleiten dan ook voor het aanhouden van de zogeheten drag area, oftewel Cw-waarde x frontaaloppervlak. Op die manier is het veel makkelijker om te beoordelen of een auto weinig of juist veel luchtweerstand ondervindt.

Een enorme lijst met getallen van de meest uiteenlopende auto's vind je trouwens hier, mocht je druk met een rekenmachine aan de gang willen.

Luchtweerstand en downforce

Voor straatauto's zit de Cw-waarde ergens rond de 0,3. Toch zitten racemonsters als Formule 1-auto's al gauw op een waarde boven de 1. Dat heeft enerzijds te maken met bijvoorbeeld de open wielen die tegen de lucht moeten boksen, maar anderzijds met downforce. Een Tesla Model S is gebaat bij zo min mogelijk luchtweerstand om ervoor te zorgen dat de accu's niet te snel worden leeggetrokken. Deze auto is er dus op gebouwd om zo makkelijk mogelijk door de lucht te snijden.

F1-auto's hebben echter downforce nodig, daarmee worden ze op het asfalt gedrukt. Hoe meer hoe beter, want dan kan-ie (even los van mechanische grip) harder door de bocht. Heel kort gezegd. Daarvoor worden diffusers gebruikt, die de lucht onder de auto zo goed mogelijk geleiden, maar ook forse voor- en achtervleugels. Deze vleugels hebben luchtstroom nodig om hun werk te kunnen doen, want anders gebeurt er niks. Met andere woorden: raceauto's hebben luchtweerstand nodig om neerwaartse kracht of downforce op te kunnen wekken.

Check deze afbeelding waarin perfect wordt geïllustreerd welke onderdelen voor luchtweerstand en welke onderdelen voor downforce zorgen.

Constructeurs zoeken natuurlijk wel naar compromissen. Een snelle baan als Monza vraagt om minder downforce en een hogere topsnelheid. Het krappe stratencircuit van Monaco vereist juist zoveel mogelijk downforce en topsnelheid is veel minder van belang. In beide situaties worden dus verschillende vleugelafstellingen gebruikt. Dat levert dus ook verschillende Cw-waardes op. Op Monza ligt die rond de 0,75, in de straten van Monaco rond de 1,25. Een enorm verschil dus! De ultieme aerodynamische uitdaging in de racerij is dus het genereren van zoveel mogelijk downforce, bij zo min mogelijk luchtweerstand.

Tot slot

We zouden nog veel dieper op de materie in kunnen gaan, maar voor nu laten we het even bij de basics. Bottom line van het verhaal is in elk geval dat Cw-waardes wel degelijk iets vertellen over de luchtweerstand, maar dat het frontaaloppervlak minstens even belangrijk is.

PS: als je het verhaal helemaal uit hebt gelezen, heb je wat ons betreft wel een pilsje verdiend. Proost!