새의 날개처럼 생겨 윙… 뒤집어진 윙 다운포스 일으켜
혹시 F1경주차에서 ‘공기역학적(aerodynamics)’으로 작동하는 세 가지 특수한 부속품에 관해 들어본 적이 있는가?
다시 말해 달리는 자동차에 부딪히는 공기저항이나 오픈카나 자전거를 탈 때 불어오는 역풍과 같은 것을 활용하여 F1경주차의 성능을 향상시키는데 도움을 주는 장치들에 관한 이야기이다. 그렇다. 그 중 두 개는 차의 전면에 장착된 프론트 윙(front wing)과 후방에 장착된 리어 윙(rear wing)이다.
그들이 “윙(wing)”이라 불리는 이유는 그 모양이 새의 날개처럼 생겼기 때문이다. 이들 윙들은 매우 중요한 공기역학 부속품으로 생긴 모양이 비교적 이해하기 쉽다. 그 밖에 한가지는? 자, 세 번째 질문이다. 무엇일까? 어려운 질문일 것이다. 여러분은 드라이버 콕핏 양 옆에 부착된 독특한 모양의 보드 두 개를 본 적이 있을 것이다. 그 모양은 참으로 설명하기 어렵지만.. 아무튼 그것을 “바지 보드(barge boards)”라고 부른다. 전문용어로는 “터닝 베인(turning bains)”이라고 한다.
윙과는 달리 이것은 바지 보드의 역할이 무엇인지 유추하기는 어렵다. 나도 자세한 것은 모른다. 사실 그것들은 매우 복잡해서 그걸 고안해 낸 사람 조차 제대로 잘 알지 못한다. 이게 무슨 말이냐고? “어떻게 자신이 고안한 기기를 이해하지 못할 수가 있냐”고 반문하고 싶다고? 그것은 정확히는 필자가 이야기 하고자 하는 바가 아니다. 말하고 했던 발명자도 때로는 자신이 발명한 기계가 어떤 영향을 미칠지 아주 세세한 부분까지 예측할 수는 없다는 말이다.
▲ 프론트 윙. I 사진제공=르노F1
날개의 이미지, 특히 비행기의 날개 모양을 본 따 디자인 되었던 F1경주차의 프론트 윙은 주요 부속물 중 하나이다. 이미 눈치챘을 것이다. 비행기의 날개는 공기를 가르며 움직일 때 양력을 발생시킨다. 날개에 부딪히는 역풍에 의해 생성되는 힘, 즉 부력은 비행기를 띄울 수 있는데, 소위 점보제트기라는 거대한 비행기까지 쉽게 들어 올린다 바람과 날개가 환상적인 조화를 이뤄내는 것이다.
F1경주차에 있어 거꾸로 된 윙이 앞과 뒤에 장착되어 있다. 윙들이 거꾸로 되어 있지 않으면 이론상 차량은 시속 350km의 속력으로 달릴 때 날아 오르게 된다. 사실 바퀴가 땅에서 분리되면 달리는 힘이 감소하기 때문에 차는 땅에서 들어올려지게 되면 땅으로 곤두박질치게 된다.
그러나 F1경주차는 뒤집어진 윙을 부착함으로써 비행기 양력을 거꾸로 이용한다. 이 뒤집어진 힘을 “다운포스(downforce)”라고 한다. 프론트 윙과 리어 윙 부근에서 생성되는 이 힘으로 F1 경주차면 쪽으로 눌리는 힘을 받게 된다.
▲ 리어 윙. I 사진제공=르노F1
그건 그렇고 여러분들은 자동차 타이어가 고무로 만들어 진다는 것을 알고 있을 것이다. 고무는 접촉부에 마찰을 일으켜 자동차가 앞으로 갈 수 있다. 자동차가 900마력의 힘을 생성해 낸다고 할지라도 차가 지면에 타이어로 살짝 접촉하면서 달린다면 전달되는 힘은 본래의 힘의 크기보다 적을 것이다.
그렇다면 이 경우 마력이 차가 견딜 수 있는 힘 이상이기 때문에 자동차 바퀴에 스핀이 일어난다. 이것을 피하기 위해 엔지니어들은 자동차가 트랙에 밀착하도록 다운포스를 이용한 것이다. 정말 훌륭한 날개이지 않은가!
사실 생성되는 다운포스의 힘은 리어 윙에서 700-800kg, 프론트 윙에서 650-700kg이라고 한다. 윙이 그처럼 놀라운 힘을 만들 수 있도록 도와주는 것은 바로 바람이다.
그러면 이제 바지 보드의 역할에 대해 이야기 하겠다. 이 에어로다이내믹 부속품은 윙들의 역할과는 또 다른 역할을 수행한다. 그 모양과 장착된 방식이 다르다는 것을 아실 것이다. 사람들은 윙이 F1경주차 에어로다이내믹의 전부라고 믿고 있지만 이는 사실이 아니다. 에어로다이내믹은 F1경주차의 모든 부품에 적용된다. 다시 말해 경주차의 모든 부분이 에어로다이내믹을 조금씩 가지고 있다는 말이다. 그 부분이 비록 표면상 드러나 있는 부분이 아니라 할지라도 말이다.
▲ 사이드 윙. I 사진제공=르노F1
그 다른 부분들 중에서 바지 보드는 아주 두드러지게 에어로다이내믹 역할에 기여하도록 디자인 되었다. 앞쪽에서 불어오는 바람은 차의 노우즈와 프론트 윙, 프론트 타이어에 부딪힌다. 그러면 바람은 차를 통과해 불어 오면서 서스펜션 암에 부딪힌다. (서스펜션 암: 타이어와 바디를 연결해 주는 플랫 바(flat bar)로, 정확히 말하자면 로드와 탑 위시본, 로우 위시본을 미는 역할을 한다.) 차를 가로질러 통과하면서 기류는 매우 복잡해 진다. 이것은 이상한 일이 아니다.
장애물만 없다면 바람은 불어오던 방향으로 일직선으로 불 수가 있다. 사실 바람은 9개의 방향에서 분다. 프론트 윙의 뒷면을 보면 바람이 서로 다른 방향에서 바람이 불면서 서로 충돌하고 작은 소용돌이를 만드는 것을 볼 수 있을 것이다.
바지 보드는 그러한 강풍을 컨트롤하거나 방어, 혹은 이용하는 툴로, 바람이 자동차의 후방 부품에 미치는 악영향을 줄여주는 역할을 한다. 따라서 이것을 윈드 컨트롤 보드라고도 부를 수 있다.
▲ 르노F1 경주차. I 사진제공=르노F1
앞에서 설명했듯이 에어로다이내믹은 차량의 모든 부분, 특히 F1차량의 바닥쪽에서 역량을 가지고 있다. 자동차와 지면 사이의 좁은 공간을 통과하면서 부는 바람은 F1경주차를 하나의 커다란 날개로 본다면 매우 중요한 것이다. 그러므로 F1경주차는 차체 아래에서 더 지속적으로 바람이 불면 더 효과적으로 작동한다. 그러는 한편 바람이 리어 윙에 더 오래 지속적으로 빠르게 불면 차는 더욱더 빠르게 달릴 수가 있다. 바지 보드는 그런 역할을 하는데 이용된다.
/테츠 츠가와(모터스포츠 저널리스트/前 베네통 포뮬라1팀 메카닉)
*기사와 사진에 대한 소유권 및 저작권은 지피코리아닷컴에 있습니다.
무단전재, 변형, 무단배포 할 경우 법적 조치를 받을 수 있음을 알려드립니다.