공기흐름 아이템 에어로파츠 쉽게 이해하기!

내차의 에어로 포스(?)가 함께하길!!

'레이싱카는 날개가 달려서 더 빨리 달리는 걸까?'

'비싼 스포츠카는 왜 거의 누워서 타야 하는 걸까?'

'비싼 차의 라인이 좋아 보이는 것은 기분 탓인가? 주머니 탓인가?'

에어포스는 나이키에만 있는 것은 아니죠. 내 차에도 숨겨진 에어의 포스(?)가 함께 한다는 사실!! 훗훗!

최근에 출시되는 자동차를 보면 참 라인이 예쁘고 낮은 차체와 보이지 않는 바람을 가르는 듯한 에어로파츠는 언제나 눈길을 끕니다.

실제로 에어로바디는 정확한 설계를 통해 자동차가 한계에 밀렸을 때 영향을 미칩니다. 그런데 지난 4월에 개막한 슈퍼레이스를 보며 '다양한 에어로파츠는 대체 무슨 역학을 할까?' 하는 궁금증이 생겼습니다. 오늘은 실제 레이스에서 많이 사용되는 에어로파츠의 역할에 대해 알아보도록 할게요.

전면

프런트 에어댐(프런트 립)

공기가 차량의 앞쪽에 부딪히면 차를 기준으로 위아래로 갈라지겠죠? 위아래 위위아래! 이때 차량 밑으로 흐르는 공기의 양이 많으면 차량이 호버보드를 탄 것처럼 살짝 뜨게 되고 접지력을 잃은 타이어로 인해 조향(컨트롤) 성능이 떨어지게 됩니다. 심각한 경우 차량이 뒤집히는 사고가 일어날 수 있어요.

이를 방지하기 위해 범퍼 밑에 '에어댐'을 장착하면 차량 밑으로 흐르는 공기의 양이 줄어들게 되고 차량 주변으로 더 많은 공기가 흐를 수 있게 합니다. 그리고 차를 눌러주는 힘이 발생해 안정성을 높일 수 있습니다.

 

프런트 스플리터

프런트 스플리터는 범퍼와 에어댐보다 밑에 장착합니다. 그리고 일반적으로는 에어 댐과 같이 사용합니다. 스플리터 윗면은 맞바람으로 압력을 발생시키고, 스플리터 밑면으로 매우 빠르게 공기가 흡입되면서 다운포스를 만들어 냅니다.

하지만 윗면에서 발생하는 압력이 클수록 다운포스를 잘 만든다는 장점도 있지만 강한 압력을 견디지 못하면 2차 사고로 이어질 수 있습니다. 실제로 레이싱 경기 중에는 단단한 서스펜션으로 인해 지면에 부딪혀 파손되기도 합니다. 그리고 공도에서는 고르지 못한 노면 상태, 물렁물렁한 서스펜션으로 인해 망가질 수 있어 적당한 길이를 선택해야 합니다.

카나드

일반적으로 범퍼 앞쪽에 장착하는 작은 날개 카나드입니다. 카나드는 공기 흐름을 이용해 범퍼를 눌러주는 역할을 해요. 그럴듯한 다운포스를 만들어 내는 것은 아니지만 전략적으로 배치해 차에서 발생하는 마찰력을 줄이거나 전후방 공기 흐름 균형을 개선하는데 도움이 됩니다.

카나드가 제대로 설치되면 차량 옆면에서 차량 아래로 흐르는 공기를 차단하는 에어커튼을 만들어내 차량이 다운포스를 지속적으로 유지할 수 있도록 합니다. 그리고 무엇보다 간지 향상 최예템! 하지만 공도에서 과한 길이는 사람들에게 피해를 줄 수 있습니다.

옆면

사이드 스커트

사이드 스커트는 차량의 옆면에서 차량 밑으로 진입하려는 공기 흐름을 막아 줍니다. 만약 사이드 스커트가 없다면 자동차 옆면을 따라 흐르는 공기 흐름이 차 밑으로 밀고 들어가게 됩니다. 그럼 역시 호버보드 타는 거죠. 에어댐 효과는 사실상 무력화됩니다. 그래서 사이드 스커트는 에어댐과 마찬가지로 낮게 장착하게 됩니다.  

윗면

리어 스포일러

리어 스포일러는 다운포스를 만들기도 하지만 차 위에서 발생하는 리프트(양력, 들어 올림)를 줄여주고 차량 뒤쪽으로 빠져나가는 공기 흐름을 원활하게 해 안정성을 높여 줍니다.

만약 자동차 뒤쪽으로 떨어지는 지점과 트렁크 사이에서 발생하는 공기 흐름이 원활하지 않으면 그림과 같이 불규칙(난기류)한 공기 흐름이 형성됩니다. 이를 방지하기 위해 스포일러를 장착해 공기 흐름을 원활하게 돕고 저항을 줄임과 동시에 가속력을 향상 시킵니다.

국내 도로교통법 제한 속도 내에서는 스포일러가 큰 역할을 하지는 않지만 서킷에서는 정말 큰 차이를 만듭니다.

저항, 리프트, 와류 현상 등 관련 글은 '공기라도 실컷 먹어, 기름이라도 덜 먹게..'글을 참고해주세요.

리어 윙

자동차 윗면을 따라 흐른 공기가 스포일러의 기울어진 각에 부딪혀 다운포스를 만들어 내기도 합니다. 하지만 리어 윙은 날개 위아래의 압력 차이로 발생합니다. 물론 큰 다운포스가 필요한 레이스의 경우 미친듯이 각을 세웁니다.

어쨌든, 날개 아래 공간을 지나는 바람이 날개의 기울어진 밑면을 타고 빠르게 흐르게 되는데 이때 윗면에서 발생한 높은 기압이 날개 밑면을 타고 흐른 낮은 기압을 밀어내면서 다운포스를 만들어 냅니다.

그리고 실제로 리어 윙을 잘 설치하면 제동력과 코너링 그립이 향상된다고 합니다. 물론 타이어 그립력 증가 체감은 매우 주관적이겠지요.

거니플랩

거니플랩은 더 큰 다운포스가 필요한 레이싱 경기에서 많이 사용되는데요. 윙의 각도가 커지게 되면 윙 윗면에서 누르는 힘은 커지게 되지만 윙 밑면에는 불규칙적인 공기 흐름으로 저항이 발생하게 됩니다. 이는 윙 윗면의 높은 기압이 아랫면의 낮은 기압을 제대로 눌러주지 못하기 때문입니다.

즉 윙 각이 너무 크면 만들라는 다운포스는 만들지고 않고 저항만 만들고 있는 거죠. 이런 경우 거니플랩을 장착해 윙의 밑면에 흐르는 공기 흐름이 원활하게 만들어 주면 다운포스 효과를 볼 수 있습니다.

뒷면

리어 디퓨저

리어 디퓨저는 에어 댐, 사이드 스커트와 일심동체입니다. 에어 댐과 사이드 스커트는 차량 밑에 적은 양의 공기를 머묾고 있습니다. 이 공기를 리어 디퓨저로 빠르게 내보내야 합니다. 공기가 계속 머물게 되면 리프트가 생겨 차량을 들어 올리기 때문입니다. 차 밑에 머물고 있는 공기를 리어 디퓨저를 통해 빠르게 내보내면 차량 위와 차량 밑 사이의 압력 차이를 크게 만들어 더 많은 다운포스와 타이어 그립력을 증가시켜 안정성을 높일 수 있습니다.

예를 들어 가정용 '진공 포장기'를 생각해볼게요. 비닐팩(차체)에 야채, 채소 등을 넣고 안에 있는 공기를 배출시키면 야채, 채소 모양대로 비닐은 쪼그라들죠. 즉, 디퓨저는 단순히 와류현상을 줄이는 것만이 아닌 차량 바닥에 모여있는 공기를 '진공 포장기'처럼 빠르게 배출을 돕고 더 많은 다운포스를 만들어 줍니다.

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위와 같은 에어로파츠는 애프터마켓을 통해 손쉽게 구입 및 장착할 수 있어요. 레이싱에서는 공기 흐름을 지배하는 역할을 하고 공도에서는 매일 입는 옷처럼 자신만의 독특한 개성을 표현하기 위한 패션 아이템으로도 많이 사용됩니다.

에어로파츠는 양산 자동차가 갖고 있는 매력에 새로운 아이템을 장착해 자신만의 자동차를 가질 수 있는 매력적인 경험을 제공합니다. 하지만 차종별로 정확한 설계가 아닌 단순 장착으로는 제대로 된 성능을 기대하기는 매우 어렵습니다. 그런 이유로 장착 후에는 더욱 안전운전을 필요로 합니다.

CFD프로그램으로 저항, 항력, 다운포스, 공기흐름 등을 계산하고 예측해 시행착오를 줄이고 효율적인 설계를 할 수 있음

서로의 다른 문화를 배려하고 모두의 안전을 위한 각별한 주의와 책임감 있는 행동이 튜닝 문화가 건전하게 성장할 수 있는 지름길이라 생각합니다. 오늘도 내 차의 숨결을 함께 느끼며 안전하고 즐거운 퇴근길 보내시길 바랍니다. 감사합니다.

강한자만 살아남을 수 있었던 세기말.gif

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