공기라도 실컷 먹어.. 기름은 덜 먹을 수 있게..

feat. 공기역학

2017년 올해도 역시 신차들이 쏟아지고 있어요. 늘 신차가 소개될 때면 '공기저항을 줄이기 위해 ㅇㅇ을 설계했다. ㅇㅇ을 고려했다'라는 기사들도 함께 등장하는데요. 도대체 공기역학?! 최저 공기저항계수?! 이건 뭘까요?

한강을 따라 자전거를 타고 집에 가는 길에 역풍을 맞으면 그 새벽에 자전거 어디 기둥에 묶어놓고 집에 가고 싶었던 적 있지 않나요? 자전거 초 보일 때 얼마나 힘들던지요. 이처럼 공기는 앞으로 나아갈 때 눈에 보이지 않는 영향력을 과시합니다. 그럼 공기가 자동차 내부 및 외부 주변으로 흐를 때 자동차에 미치는 영향에 대해 알아보겠습니다. 

공기 흐름, 그게 그렇게 대단한 걸까?

낮은 공기저항(최저 공기저항계수)은 순간 가속력이 빨라지고, 도달 가능한 최고속도가 높아지며 연비효율을 향상합니다. 그리고 적당한 공기저항은 고속 주행 시 타이어 그립력을 발생시켜 주행 안정성을 높입니다. 이렇듯 공기저항은 적절한 균형을 유지해야 합니다. 공기저항은 차량의 속도의 제곱으로 증가합니다. 때문에 차량의 용도에 따라 최적의 성능을 내기 위한 디자인이 적용됩니다. 

알아두면 쓸데없는 잡지식
'바람은 피하는 것이 아니라, 극복하는 것이다.'

공기흐름 이해도

자동차 앞

드래그(저항력)

저항력은 자동차가 달리는 반대 방향에서 속도를 감속시키는 공기의 힘입니다. '맞바람, 역풍'으로 생각하면 이해가 뙇! 이 공기 벽을 자동차가 얼마나 쉽게 통과하는지가 차량의 성능을 좌우합니다. 낮은 저항력은 가속도, 최고속도, 연비에 긍정적인 영향을 미칩니다. 때문에 자동차 전면은 이러한 저항력을 감소시키기 위해 공기 흐름을 고려한 부드러운 디자인으로 설계됩니다. 

자동차 뒤

와류현상

맞바람이 차량 라인을 따라 차량 뒤로 흐르게 되는데 차량의 달리는 속도로 인해 바람이 차량 뒤쪽으로 내려가지 못해 위 그림과 같이 빨간 빈 공간이 발생하게 됩니다. 이때 빈 공간을 채우고 싶지만 채울 수 없음을 깨달은 바람은 반항심에 차량 반대 방향으로 저항을 만듭니다. 이를 와류현상이라 해요. 아주 구질구질, 질척 질척한 녀석입니다. 

자동차 위

다운포스

자동차가 고속으로 달릴 때 차 위에서 누르는 공기 힘(압력)이 발생되는데 이를 다운포스라고 해요. 손가락처럼 생긴 공기가 차를 누르고 있는 늬낌적인 늬낌이랄까..? 아무튼, 다운포스는 직선과 코너링에서 타이어 그립력을 높여 안정적으로 속도를 낼 수 있게 합니다. 하지만 내 차의 다운포스만 믿고 달리다가는 정말 도로 위에서 녹다운됩니다. 더 빨리 달리기 위해서는 다운포스와 공기저항의 적정한 밀당이 필요한데 이런 공기저항을 줄이면서 더 많은 다운포스를 만들어 안정감을 주는 것이 '균형 잡힌 바디'라 할 수 있어요.

자동차 아래

리프트(양력)

양력은 자동차 밑바닥 아래로 흐르는 공기가 자동차를 위로 뒤집어 버리려는 공기 흐름입니다. 예를 들어 우산 안에 갇힌 공기가 빠져나갈 곳을 찾지 못해 우산을 뒤집어 버리는 거죠. 마찬가지 자동차 밑으로 흐르는 공기의 양이 많고 공기가 원활하게 빠져나가지 못하게 되면 들어 올리는 힘이 더 커지게 되고 이때 자동차가 연 날아가듯 날아갑니다. 그리고 차체가 너무 매끄러운 경우에도 차 위에서 들어 올리는 힘이 발생해 다운포스를 무력화시키기도 합니다. 

어휴~ 주행에 미치는 공기 영향력이 다양하고 복잡하네요.. 과거에는 마차처럼 깍둑깍둑 했던 자동차가 현재의 유선형에 이르기까지 이와 관련된 연구는 1930년대부터 지금까지 계속 이어지고 있습니다. 여기까지 알아두면 쓸데없는 잡지식이었습니다.

공기 흐름을 고려한 연비 향상 운전방법은?

일반 승용차의 경우 60~85km/h으로 달릴 때 공기저항도 크지 않고, 엔진의 회전율도 적당한 상태여서 가장 효율적인 연비를 낼 수 있다고 해요. 이밖에도 연비를 높이기 위한 방법에는 무엇이 있을까요?

연비 향상을 생각한다면 차량 외부 액세서리 절대 노!

공기가 부드럽게 흘러야 하는데, 이렇게 되면 공기 흐름도 좋지 않을 뿐만 아니라 공기저항을 가중시킵니다. 차량이 속도를 낼 때에는 대부분 공기저항을 이겨내기 위해 연료를 소모합니다. 이런 경우에는 특히 연료 소모량이 많겠죠?

고속도로에서 창문을 닫으면 연비 업!

자동차 창문을 열었을 때 연료 소모에 관한 연구에 의하면, 고속도로 주행 시 자동차 창문을 닫고 주행하면 차량의 세그먼트에 따라 2.7~5.4% 연비 효율을 나타낸다고 합니다. 그냥 느낌상 연비가 떨어지겠거니 했는데 오랜 시간 누적되며 많이 아깝네요.

리어 스포일러를 달아주자!

리어 윙은 많은 다운포스를 만들어 내지만 리어 스포일러는 후방으로 빠지는 공기의 흐름을 원활하게 배출하는 역할을 합니다. 차량 윗부분에 발생하는 리프트(양력)를 줄임과 동시에 차량 뒤쪽에서 발생하는 와류 현상을 줄여줘 주행 시 안정성과 연비 효율에 효과적입니다. 사실 일반적인 한국의 법적 규정 속도 내에서는 큰 영향력을 미치지는 않습니다. 

저항, 양력, 다운포스 등등 생각해본 적 없는 과학이 숨어 있었네요. 이렇게 수많은 연구와 실험을 바탕으로 차량의 디자인이 결정됩니다. 단순히 예쁘기만 한 라인이 아니라 우리와 늘 함께하는 공기와 사이좋게 지내기 위함이라고 생각해요. 오늘은 내 차의 숨결을 함께 느끼며 안전한 퇴근길 보내세요!