에어로 다이내믹스의 중요성
에어로 다이내믹스 하니까 그럴 듯 해 보이는데, 사실 공기저항에 대한 내용입니다. 빨리 달려야 하는 레이싱카 뿐만 아니라 일반 차량에서도 중요한 설계요소지요. 갈수록 중요해지는 차량 디자인과 환경관련 법규 등을 위해 에어로 다이내믹스는 더 이상 무시할 수 없는 설계의 한 기준이 되어버렸습니다.
‘멋있다고 느끼는 디자인이 실제 효율도 좋다’는 말은 공학도들이 자주 쓰는 이야기입니다. 무의식적으로 축적된 경험을 바탕으로 한 판단, 즉 직관적으로 수려한 디자인이 정답일 수 있다는 이야기인데요. 미국 차세대 전투기 사업에서 록히드 마틴의 YF-22가 YF-23을 따돌린 것도 비슷한 맥락입니다. 때문에 좋은 디자인의 차량은 좋은 효율을 가질 확률이 높습니다.
출처 : Lockheed Martin
그럼 여러분은 F1 차량과 일반 레이싱 박스카 중 어떤 것이 멋있다고 느껴지시나요?
성능을 떠나서 공기역학적으로 F1 차량이 유리할 거라는 건 쉽게 예측이 가능하지요. 비교 레벨을 바꾸어 같은 박스카끼리 비교했을 때라도 보다 더 날렵한 차가 더 빠르게 달릴 수 있는 것이겠지요.
이는 자동차가 빠르게 이동하면서 앞으로 나아가는 방향의 정압(+)의 저항으로, 뒤쪽 방향의 공기는 진공으로 인한 음압(-)의 저항으로 작용하는 유체의 특성 때문입니다. 특히 후방의 음압의 경우 볼텍스(Vortex)라 불리는 소용돌이가 차를 뒤로 끌어당기는 현상과 맞물려 조금 더 복잡한 메커니즘으로 작용합니다.
공기저항을 줄이는 첨병 - 에어스커트
이를 방지하기 위해 장착되는 부품은 크게 두 세가지 정도입니다. 먼저 에어댐이라 불리는 에어스커트. 에어스커트는 차량 하부에 위치하여 공기를 양측면으로 보내 저항을 줄이는 역할을 합니다.
차체 하부는 평평하지 않기 때문에 아래로 흐르는 공기의 흐름에 저항으로 작용하죠. 그리고 에어스커트는 이를 막아주는 역할을 합니다.
흘러간 공기도 다시 손대는 - 디퓨져
두 번째는 디퓨저입니다. 후방에 생기는 음압을 없애기 위해 장착됩니다. 직각 형태의 후면에서 발행하는 공기흐름을 보시면 이해가 잘 가실 텐데요.
차량 후방 하부에 장착되는 디퓨저는 진공에 가까운 여압과 소용돌이인 볼텍스를 없애주는 역할을 해줍니다. 이로 인해 차가 뒤로 끌리는 힘을 없애줍니다.
최근 규제로 인해 사라졌지만 F1에서는 더블덱 디퓨저라는 신기한 기술까지 등장한 적이 있습니다.(공기저항 + 그립증가)
저항을 역으로 이용하는 - 리어 스포일러
마지막으로는 흔히 보이는 리어 스포일러(리어 윙)입니다. 이 부품은 공기저항을 역으로 이용하여 자동차의 접지력을 높여주는 역할을 합니다. 비행기의 날개가 양력을 받아 날아가는 반대 원리 정도로 이해하시면 쉽습니다.
이 리어 스포일러는 특히 고속주행 시 차가 뜨는 현상을 막아 주행 안전성을 향상시켜 줍니다. 이미 포스팅이 된 내용이 있으니 한번 확인해 보시죠.
1-2초로 승부를 다루는 모터스포츠에서는 이미 60-70년대부터 사용되었습니다만, 양산차에 본격 적용되기 시작한 건 비교적 최근 일입니다. 예전에 비해 보다 정교해진 컴퓨터 해석기법을 통해 계속 새로운 기술들이 등장하고 있지요.
효율이 좋은 차가 멋도 있다. 멋진 디자인을 덤으로 들고 오는 에어로 다이내믹스. 내일은 또 어떤 멋진 디자인의 차량이 나올지 기대해 봅니다.
지금까지 위저드아이언이 전해드렸습니다!
