경주차의 공기역학
1999-12-30  |   19,683 읽음
지난 호에 공기저항이 무엇인지를 조금 설명한 바 있다. 이번 호에는 보이지 않는 공기가 자동차에 어떤 작용을 하는가를 밝히는 공기역학을 다루기로 한다.
얼마 전까지만 해도 자동차의 성능을 생각할 때 공기역학에는 큰 신경을 쓰지 않았다. 모터 스포츠계에서도 공기역학보다는 성능경쟁에 필요한 엔진·서스펜션·타이어 등의 개선에 많은 노력을 기울였다. 그러다가 이 부문에서 성과를 거두자 다음 단계로 눈에 보이지 않는 공기와의 싸움으로 방향을 틀고 있다. 이제 공기역학은 경주차의 승패를 가름하는 중요한 요소로 떠오르고 있다.

레이스의 새 공격무기 공기역학
연구에는 풍동실험실이 꼭 필요


공기저항이 낮으면 속도가 빨라진다. 자동차의 공기저항은 속도의 2제곱으로 커진다. 예를 들어 시속 100km에서 2배인 시속 200km로 속도를 올린다고 하면 공기저항은 4배로 뛰어오른다. 때문에 자동차계는 보디 스타일을 비롯해 공기저항을 줄이는 방법을 연구하는 데 힘을 기울이고 있다.

공기역학을 잘 이용하면 최고속도가 올라가고 연비가 좋아진다. 또한 고속으로 달릴 때와 코너링 때 조종안정성이 향상된다. 엔진과 브레이크의 냉각성능도 높일 수 있다. 풍절음이 줄어 쾌적한 드라이빙을 즐길 수 있고 환기성도 좋아진다. 또 먼지와 흙이 잘 묻지 않고 먼지 구름이 줄어든다. 경주차라면 이같은 성능향상으로 성적을 올릴 수 있다.

성능향상 연구에는 일반적으로 풍동실험이 많이 이용된다. 풍동실험 자료를 바탕으로 개선과 실험을 거듭해 경주차가 점차 개선된다. 메이커는 당연히 풍동실험실을 갖추어야 한다. 규모가 작은 모터 스포츠 관련업체들 가운데도 풍동실험실을 갖고 있는 곳이 몇 있다. 실험실이 없는 메이커는 풍동실험용 모델을 만들고 장소를 빌려 실험하게 된다.
풍동실험실에서는 차에 작용하는 공기의 영향을 컴퓨터로 분석해 자료를 뽑아준다. 달리는 자동차에 작용하는 공기의 힘은 크게 3개로 나누어지는데 주행을 가로막는 힘인 항력(공기저항·드래그·D=drag), 차를 들어올리는 힘인 양력(리프트·L=lift) 그리고 차를 옆으로 미는 힘인 횡력(사이드 포스·S=side force)이다. 이같은 힘을 kg 단위로 표시해 자료로 이용한다.

3가지 힘에 대해 좀더 자세히 설명하기로 한다. 항력(공기저항)은 압력저항, 마찰저항, 유도저항의 셋으로 크게 나누어진다. 그 중 차에 가장 크게 걸리는 힘이 압력저항이다. 차의 모양에 따라 저항이 달라질 뿐 아니라 공기의 흐름에 따라서도 변화한다.

공기저항을 줄이려면 자동차의 공기저항을 찾아내는 공식을 알아야 한다. 공식은 아래와 같다. D=1/2pV²·A·Cd 여기서 D=공기저항, p=공기밀도, V= 차속, A=전면투영면적, Cd=항력계수다. 앞 투영면적을 최대한 작게 하면 공기저항이 줄어든다.
자동차를 비롯해 비슷하게 생긴 물체의 항력계수(Cd)는 다음 도표와 같다.
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