풍동 실험의 실제와 목표
2000-02-24  |   16,629 읽음
지난 호에는 공기역학 가운데 항력과 횡력을 줄이고 다운포스를 키우는 방법을 다뤘다. 이번 호에도 공기역학을 주제로 풍동실험의 실제와 목표를 간추려본다.

회전식 노면 갖춘 풍동 안의 열전
개방과 패쇄식 서키트 풍동 있어


눈에 보이지 않는 공기와의 싸움이 경주차의 세계에서는 아주 중요하다. 실제로 이 문제를 문제를 푸는 방법에는 여러 가지가 있다. 잘 아는 것처럼 경주차를 개발할 때 풍동에서 각종 실험을 해 성능을 향상시키는 것이다.

그러면 풍동실험을 어떻게 하는가.
한국에는 풍동실험실을 갖춘 곳이 있는지 모르겠지만 일본에는 풍동실험실을 갖추고 경주차를 개발하는 회사가 몇 군데 있다. 필자의 웨스트 레이싱도 그중 하나를 이용해 시험을 하고 있다.

먼저 풍동실험을 하려면 같은 차급의 라이벌을 바탕으로 실험용 모델을 만든다. 말할 필요도 없이 기준이 되는 라이벌은 동급 최고의 모델로 크기는 5분의 1 또는 4분의 1 축소모형을 기준으로 한다. 정밀하게 개발하려면 4분의 1 모델이 실험에 좋지만 그만큼 제작비가 많이 든다.

축소모형은 실제로 경주차를 만들 때 얼마나 충실하게 재현할 수 있느냐가 중요하다. 실험 데이터의 가치가 그에 따라 결정되기 때문이다. 풍동실험실은 실제 경주차가 그대로 들어가면 아주 정확한 실험 자료를 얻을 수 있다. 하지만 현실적으로 여러 가지 제약이 따르기 때문에 축소형을 이용한다.

실험을 하는 풍동은 개방 서키트 풍동(에펠식)과 폐쇄 서키트 풍동(괴팅겐식)으로 나뉜다.<그림 1>

풍동실험 목적은 좋은 차 생산
실험 되풀이해 자료 얻어내고


이와 같은 풍동실험실에서 라이벌 모델을 통해 먼저 자료를 얻어낸다. 그런 다음 차기 개발 모델을 어떻게 할 것인가를 검토한다. 목표는 실험 대상으로 삼은 모델보다 좋은 차를 만드는 것이다. 풍동실험에서 얻은 자료를 통해 라이벌의 약점까지 알아낼 수 있기 때문이다.

풍동실험에서는 주로 공기저항(CD)과 양력(CL)을 측정한다.
얼마 전까지만 해도 풍동 안은 움직이지 않는 고정 노면에서 데이터를 뽑아냈다. 그러나 요즘은 달리는 것과 비슷한 상태에서 측정하기 위해 풍동실험실은 안에 노면이 움직이는 회전식 벨트를 갖추고 있다. 이처럼 회전식 벨트 위에서 모델을 움직여 측정하게 되자 실험 자료가 실제로 서키트를 달리는 상황과 접근하게 되었다. 따라서 전보다 훨씬 정확하고 중요한 개발 설비로 자리를 굳히고 있다.
그럼 실제로 풍동에서 실험할 때의 상황을 알아보자. <그림 2>와 같은 실험대에서 다음과 같은 방법으로 실험을 되풀이해 자료를 얻는다.

첫째 제1차 세팅에 의한 자료를 모으는 것으로 시작해 앞뒤의 차 높이를 고정시킨다. 그런 다음 앞뒤의 윙을 1차 세팅한 것과 같이 맞춘다. 이렇게 했을 때 공기저항(CL)과 앞뒤 양력(CL)을 잰다.

두 번째는 앞쪽을 5mm 높인다(5분의 1 축소모형일 때는 실제로 2.5mm 올라간다). 이때 프론트가 양력을 받을 때 차가 어떻게 변하는가를 알 수 있다. CD, 앞과 뒤 CL을 측정한다.

셋째 다시 앞쪽 차고를 내리고, 뒤쪽을 5mm(역시 5분의 1 축소 모형은 2.5mm) 올린다. CD와 앞뒤 CL을 측정한다. 그러면 경주차의 뒤쪽이 들릴 때의 변화를 알 수 있다.
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