내 차가 더 강력한 머신으로 탈바꿈 하는 방법, 자동차 튜닝 제 4탄!
안녕하세요, 토비토커 카레귀신입니다.
지난 3번의 포스팅을 거쳐, 내 차를 더욱 강력하게 만드는 튜닝에 대해 간단하게 알아보는 시간을 가졌습니다.
이번 시간에는 마지막으로, 유체역학적인 퍼포먼스 뿐만이 아니라 차량의 외모 향상에 절대적인 역할을 하는 에어로파츠에 대해 알아보도록 하겠습니다.
마지막 시간, 에어로파츠
에어로파츠는 차량에 달려있는 파트의 형상을 이용해 공기의 흐름을 바꿈으로서 차량의 접지력 향상 및 항력 감소에 도움을 주는 파트를 일컫는 말입니다.
에어로파츠에 알아보기에 앞서, 제 개인적인 의견으로는 적절하게 절제된 에어로파츠야 말로 자동차를 멋있게 만드는 가장 큰 요소라고 생각합니다. 제 아베오RS에도 립 스포일러 및 리어 스포일러가 없었다면, 마치 팥 없는 찐빵과 같아졌을 것입니다.
에어로파츠라고 하면 가장 먼저 떠오르는 것이 흔히 날개라고 부르는 리어 윙 및 리어 스포일러가 있고, 도어 아래에 달리게 되는 사이드스커트나 앞 범퍼 아래에 달리는 립 스포일러, 또는 트렁크 하단부에 달리는 리어 디퓨저 등이 있습니다. 위의 사진을 보시면 차량의 곳곳에 에어로파츠가 장착된 것을 보실 수 있습니다.
에어로파츠의 효과를 알기 위해서는 먼저 양력(Dynamic lift) 및 다운포스(Down force)의 개념을 이해해야 합니다. 그림과 같이 자동차가 달리게 되면 자동차의 앞유리, 즉 윈드실드와 엔진 보닛에 의해 자동차의 윗부분을 지나는 공기의 속도와 방향이 바뀌게 됩니다.
공기의 속도 및 방향이 바뀐다는 말은 공기에 가속도라는 벡터가 작용한다는 의미이고, 이 때 아무리 찬양해도 모자란 뉴턴의 운동 제2법칙에 의해 자동차는 공기에 의한 힘을 받게 됩니다(정확하게는 압력의 합력이지요). 이 때 자동차는 공기에게 힘을 받으면서, 뉴턴의 운동 제3법칙에 의해 반작용에 의한 수직력이 생기게 됩니다. 이것의 합력이 바로 양력(Dynamic lift)입니다.
이 양력은 비행기와 마찬가지로 자동차를 들어올리려는 성질을 가지고 있습니다. 자동차가 들어올려진다는 말은 곧 자동차가 지면에 가할수 있는 무게가 감소한다는 것이고, 이는 곧 타이어의 마찰력, 즉 접지력의 감소로 이어지게 됩니다. 또한 자동차의 앞부분이 떠오르게 되면 심한경우 조향불능과 같은 심각한 상황을 불러올 수 있습니다 (그림처럼 가속시 하중이동으로 인해 앞바퀴가 떠오른 것과는 좀 다른 케이스이지만, 조향불능이라는 점에서는 같은 의미인 것 같네요).
이를 막기 위해서 자동차에 날개 형상의 파트를 비행기와 반대방향, 즉 지면방향으로 장착하게 되면 양력과는 반대로 공기에 의한 힘이 지면방향으로 작용하게 됩니다. 이를 부르는 명칭이 다운포스(Downforce)입니다. 다운포스가 증가하면 양력과는 반대로 자동차를 지면으로 누르는 힘이 점점 커지게 되는데, 이는 곧 자동차의 중량이 상승한다는 말과 일맥상통합니다. 즉, 현가상중량의 증가와 마찬가지로 노면 추종성의 상승으로 타이어의 접지력이 상승하는 효과를 가져오게 되는 것이지요.
위키백과 발췌
이 다운포스를 증가시키는 방법은 그림의 공식을 이용하면 알 수 있습니다. 즉 자동차에 달려있는 윙의 길이가 길수록(WS), 높이 달려 있을 수록(H) 다운포스가 커지게 됩니다. 또한 중요한 요소는 윙의 각도(α), 즉 공기의 받음각이 커지면 커질 수록 다운포스가 커지게 됩니다.
리어 윙이 다운포스를 증가시키는 데 목적이 있다면, 리어 스포일러는 자동차 뒷부분의 난기류를 줄여 자동차가 받는 항력 및 양력을 줄이는 데 목적이 있습니다. 항력 및 양력이 줄어든 다는 것은 곧 다운포스의 증가와 비슷한 의미이므로, 리어 스포일러도 결국은 다운포스의 증가라는 효과를 가져오게 됩니다.
리어/프론트 스포일러 및 리어 윙과는 조금 다른 방향으로, 자동차의 아래에서 항력을 줄여주는 리어 디퓨저도 있습니다. 리어 디퓨저는 자동차의 아랫부분을 지나는 공기의 속도와 방향을 바꾸어 주는 역할을 하는데, 차량 뒤쪽에서 난기류로 인한 진공효과를 감소시켜 항력의 발생을 줄이는 역할을 합니다.
이렇게 에어로파츠를 장착하여 다운포스를 올리면 접지력 향상에는 도움이 있지만, 과도한 다운포스의 증가는 오히려 반대로 공기저항이 증가할 뿐만 아니라 지면에 가해지는 자동차의 중량 증가와 같은 의미이므로, 최고속도 및 가속도, 연비에 악영향을 주게 됩니다. 또한 에어로파츠 자체의 무게로도 차량의 무게에 더해지기 때문에, 가속도 및 연비에 영향을 줄 수 있습니다.
또한, 에어로파츠에 의한 다운포스 향상을 경험하려면 빠른 속도로 주행해야 하는데, 일반 도로에서는 빠른 속도로 주행하기 쉽지 않은 환경입니다. 때문에 시내주행이 많은 환경에서는 오히려 과도한 에어로파츠는 연비만 나빠지는 독이 될 수도 있지요.
그럼에도 불구하고 에어로파츠가 튜닝에서 중요한 위치를 차지하고 있는 이유는, 그 자체에서 오는 '멋'이 아닐까 생각이 합니다. 에어로파츠 튜닝이 '드레스업' 튜닝으로도 불리는 만큼, 어찌 되었던 내 차를 좀 더 스포티하고, 더 빨라 보이게 하는 데는 변함이 없으니까요.
튜닝이 활성화 된 그 날을 꿈꾸며
지금까지 각 부분별로 튜닝을 통해 자동차의 특성이 어떻게 변하는지 네 차례에 걸쳐 전반적으로 살펴보았습니다. 튜닝에 대해 최대한 간단하고 이해하기 쉽게 게임으로 접근하면 좋을 것 같아, 그란투리스모 6라는 게임으로 예를 들어 설명하려고 하였는데 보시는 분들께서 어떻게 받아들이셨을 지 궁금합니다.
차량의 튜닝에 대해 각 파트별로 전문적인 지식을 기대하고 왔다가 실망하신 분들도 계실 것이고, 자동차에 대한 지식이 전무해 튜닝에 대해 쉽게 이해하려고 들어왔다가 머리만 아파진 분도 계실 것입니다. 또는 각 파트의 교체에 따른 효과보다, 원리에 대한 이론지식만 나열된 것에 대해 이해하지 못하신 분들도 계실 것입니다.
다만 저는 직원이기 이전에 자동차와 레이싱게임을 좋아하는 평범한 한 사람으로써, 튜닝에 대해 좀 더 널리 알리고 기왕 시작한 레이싱게임을 좀 더 재밌게 즐기자는 취지에서 이 블로그를 포스팅 하였고, 그 원리를 알면 튜닝에 대해 좀 더 납득이 갈 것 같아 이론지식을 같이 병행하게 되었습니다.
다시 기회가 된다면 좀 더 자세하게 준비하여, 지금까지 언급한 각 파트, 특히 제가 근무하는 부분인 파워트레인의 원리에 대해 좀 더 자세히 들여다 보는 포스팅을 하도록 하겠습니다. 그 때는 터보엔진이 왜 출력이 극적으로 상승하는지, 현가하중량이 감소하면 왜 노면추종성이 좋아지는지 자세하게 설명해 드릴 수 있겠지요.
튜닝산업에 대한 규제가 완화된 만큼, 우리나라에서도 멋진 튜닝카들이 돌아다니는 모습을 볼 수 있기를 기대합니다.
이상 아베오RS의 튜닝을 위해 총알을 모으리라 다짐한 카레귀신이었습니다~!!
