공기를 계산해 나아가는 자동차

[현대모비스가 들려주는 車 이야기]

공기 저항을 느끼려면 달리는 자동차의 창문 밖으로 손을 내밀면 된다. 속력이 빨라질수록 손이 강하게 뒤로 밀리는데, 차가 공기를 가르고 앞으로 나아가고 있다는 증거다.

공기 저항은 자동차 연비를 좌우하는 세 가지 요소 중 하나다. 공기 저항계수를 10%만 낮춰도 연비가 2%가량 개선되는 효과가 있다. 엔진 성능을 좋게 만들거나 차체의 무게를 줄이는 것뿐만 아니라 공기 저항계수를 낮추는 것도 연비를 개선하기 위한 중요한 과제다. 공기 저항은 주행 안전성, 조향기능, 고속 주행 시 차량의 정숙성, 차내의 환기성능 등 차량의 전반적인 주행성능과도 밀접한 연관이 있다. 세계적인 자동차 제조업체들은 많은 돈을 들여 자동차 위로 움직이는 공기의 흐름을 시뮬레이션하는 풍동 시설을 갖추고 있다.

이곳에서는 자동차가 공기로부터 받는 세 가지 힘에 주목한다. 차체의 앞면에서 받는 항력과 옆 바람에 의한 횡력, 자동차를 뜨게 하는 양력이다. 항력은 차가 공기를 뚫고 앞으로 나갈 때 차량 진행방향의 반대방향으로 작용한다. 항력은 느린 속력에서는 미미한 수준이지만 빠른 속력에서는 주행 속도의 제곱으로 급격하게 커진다. 고속주행 때 특별히 핸들을 조작하지 않아도 자동차가 흔들거리는 느낌을 받는 것은 이런 이유에서다.

자동차업체들은 항력을 최소화하고 부딪치는 공기를 부드럽게 흘려보내기 위해 차체를 유선형으로 제작한다. 고속주행에 강점이 있는 스포츠카는 풍동시설 속에서 수차례의 기류 검사를 거쳐 공기를 송곳처럼 뚫고 나갈 수 있는 최적의 자동차 모양을 갖추게 된다.

포뮬러 머신은 자동차 공기역학의 진수다. 차체의 모양이 조금만 달라져도 기록이 천차만별로 달라지기 때문에 작은 부품까지도 공기 역학을 고려해 제작한다. 그렇다고 단순히 공기의 저항을 가장 적게 받는 모양으로 설계해서도 안된다. 포뮬러 머신은 차체 무게가 500㎏ 내외로 가벼운데다 최고 시속이 350㎞에 달해 자칫 양력에 의해 차량이 전복될 수 있기 때문이다. 양력으로 차량이 붕 뜨면 타이어와 지면의 접지력이 약해져 속력이 제대로 나지 않기 때문에 양력을 내리누르는 다운포스가 발생하도록 설계한다.

사람들이 평상시엔 느낄 수 없지만 공기는 큰 힘을 가지고 우리 주변에 존재한다. 자동차는 그 힘을 뚫고 앞으로 나가기 위해 오늘도 풍동시설에서 거센 바람을 맞으며 최적의 형태로 몸을 만들고 있다.

자료제공=현대모비스 기술연구소