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지난 15년간 카레이싱 현장에서 활동한 모터스포츠 전문기자 출신이다. 그동안 국내 모터스포츠 대회뿐 아니라 F1 그랑프리, 르망 24시, 사막 랠리, 포뮬러 닛폰, F3, 카트 등 수많은 굵직한 이벤트들을 지켜봤고 포뮬러 르노, 랠리카 등 다양한 경주차들을 시승했다. 아울러 현장에서 겪은 노하우를 바탕으로 자동차경주 안내서인 모터스포츠 단행본도 발간했으며 현재는 프리랜서로 활동할만큼 늘 모터스포츠에 대한 애정이 남다르다.

레이싱카의 에어로 다이내믹 시작은?

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2013-10-21 02:52:16

본문

레이싱카의 에어로 다이내믹 시작은?

최근 모터스포츠와 관련지어 유달리 관심을 모으는 것이 공기역학이다. 하지만 모터스포츠 무대에서 보디 밑에 일어나는 공기의 흐름이 주목을 끌기 시작한 것은 오래된 일이 아니다. 1960년대 후반까지 경주차의 코너링 속도는 그리 대단하지 않았다. 고성능 시판 스포츠카보다 약간 웃도는 수준이었다. 최대한 낮게 잡은 중심, 이상적인 서스펜션 설계, 단일 경기용인 초강력 그립의 타이어를 신고서도 미미한 차이밖에 보이지 못했다. 실제로 1967년과 68년도 F1 또는 레이싱 스포츠카의 최대 코너링에서 횡G는 1.1G를 겨우 넘었다.

곧이어 경주차 기술혁신이 시작되었다. 위험해 보이는 스포일러와 윙이 등장해 관계자들의 가슴을 조인 시기가 한동안 이어졌다. 드디어 영국의 경주차 제작자 콜린 채프먼이 1977년 설계한 로터스78이 나타났다. 공기저항을 최소한으로 억제하면서 지면효과를 이용해 놀라운 다운포스를 끌어냈다. 이른바 윙카(또는 벤추리카) 시대의 막이 오른 것이다.

국제자동차스포츠협회(FISA)는 코너링 속도가 예상을 뛰어넘는 수준으로 급상승하자 깜짝 놀랐다. 서둘러 다운포스를 줄이는 대책을 세웠다. 윙 크기 제한, 스커트 금지, 앞뒤 바퀴 사이 차체 바닥을 평면으로 하는 등으로 다운포스를 만들어내는 공력장치를 제한했다. 결국 윙카는 사라지고 오늘날 볼 수 있는 모습의 경주차가 자리를 잡았다. 그러나 지금의 경주차도 승용차와 같은 항력은 생기지 않는다. 뿐만 아니라 눈에 보이지 않지만 강력한 공기역학 기능에 의해 언제나 지면에 찰싹 달라붙는다. 시속 300km일 때 차 무게의 2배가 넘는 힘을 만들어냈다.

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한편 1988년에 F1의 윌리엄즈팀과 베네통팀은 다운포스를 높이려고 뒤쪽 언더보디가 휘어져 올라가는 보디라인을 연구했다. 결과적으로 뒤쪽에 튀어나오는 트랜스미션을 처리하는 데 많은 힘을 기울렸다.

예를 들어 윌리엄즈팀은 트랜스미션을 가로로 놓았다. 하지만 이 방법은 윌리엄즈가 궁리해낸 것이 아니고 예전에 페라리팀이 쓴 적이 있다. 당시 페라리는 수평대향 12기통 엔진을 얹었다. 엔진의 기통수가 많아 길어진 트랜스미션을 가로놓아 F1 규정에 맞추었다. 베네톤팀은 엔진-디퍼렌션-트랜스미션이라는 배치를 엔진-트랜스미션-디퍼렌셜로 순서를 바꾸어 처리했다. 발상의 전환이 길을 뚫은 본보기다.

그러나 보통 트랜스미션 케이스는 작을 뿐 아니라 강도도 약하다. 베네통 방식을 쓰면 트랜스미션 케이스에도 디퍼렌셜과 뒤 서스펜션의 무게가 실리게 된다. 그에 따라 보통합금 알루미늄 트랜스미션 케이스가 아니라 마그네슘제의 크고 단단한 케이스를 새로 만들었다.

또 다른 본보기로는 마치팀이 있었다. 프런트 노즈 밑쪽이 휘어진 듯 위로 올라가고 프런트 윙의 아래쪽과 이어진다. 마치의 프런트 윙은 윙으로서의 효과와 함께 윙 아래쪽의 프런트 노즈 아래쪽과 함께 이루어내는 벤투리 효과를 노리고 있다. 그것은 날개 끝 부분이 휘어 올라간 것과도 관계가 있다. 어느 경우든 언더보디의 형상이 충분한 다운포스를 낼 수 있는 경주차는 앞뒤 윙이 작고, 수평에 가깝게 세팅되어 있다. 언더보디의 형태는 엔진형식과도 관련이 있다.

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지나치게 민감한 서스펜션의 움직임을 억제하는 방법은 여러 가지다. 가령 스테빌라이저를 굵게 하면 차의 롤링이 줄어든다. 그뿐 아니라 좌우의 댐퍼를 스테빌라이저 대신 로드에 연결해 롤링을 줄인 경주차도 있다. 한편 그와는 반대로 롤링하더라도 프런트를 아래로 처박는 노즈 다이브를 하지 않도록 보완장치를 갖추고 있는 머신도 있었다. 또 서스펜션이 다시 튕기는 쪽에 스토퍼를 달아 노면에서 보디가 너무 튀어 오르지 않도록 한 것도 있다. 어느 것이나 서스펜션에 관한 메커니즘은 프런트 윙에 부딪치는 공기의 흐름에 변화를 주지 않으려 한다는 표시이기도 했다.

사실 공기역학적으로 유리한 서스펜션은 인보드화가 잘 되어 있다. 인보드도 몇 가지 방식이 있다. 특히 포뮬러카에 로킹 암을 쓰지 않는 이유가 있다. 트레드가 넓어지는데도 보디가 가늘어졌기 때문에 서스펜션 암은 길어져 넉넉한 공간을 차지할 수 없게 되었다.

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따라서 푸시로드와 풀로드는 스프링의 단계적인 반동률은 로드의 길이와 각도로 조절할 수 있다. 푸시로드와 풀로드로는 푸시로드쪽이 로드를 굵게 할 필요가 있을 뿐이고, 스프링과 댐퍼를 배치하기 쉽다. 또 푸시로드는 나중에 서스펜션을 개량하기 쉬운 장점이 있다. 어느 것을 고르냐를 결정할 때는 스프링과 댐퍼의 배치와 그에 따르는 공기역학적인 처리를 먼저 생각해야 한다.

에어로 다이내믹에서 빼놓을 수 없는 또 다른 하나가 바지보드다. 앞쪽에 불어오는 바람은 차의 노즈와 프런트 윙, 프런트 타이어에 부딪힌다. 그러면 바람은 차를 통과해 불어오면서 서스펜션 암에 부딪힌다. 차를 통과하면서 기류는 매우 복잡해진다. 이것은 이상한 일이 아니다. 리어윙이다. 윙이라 불리는 이유는 모양이 새의 날개처럼 생겼기 때문이다.

에어로 다이내믹은 차의 모든 부분, 특히 F1 머신의 바닥 쪽에서 역량을 가지고 있다. 자동차와 지면 사이의 좁은 공간을 통과하면서 부는 바람은 F1 머신을 하나의 커다란 날개로 본다면 매우 중요한 것이다. 그러므로 F1 머신은 차체 아래에서 더 지속적으로 바람이 불면 더 효과적으로 작동한다. 그러는 한편 바람이 리어 윙에 더 오래 지속적으로 빠르게 불면 차는 더욱 빠르게 달릴 수가 있다. 바지보드는 그런 역할을 하는데 이용된다.


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