운전자라면 누구나 한 번쯤 자동차 ‘연비’에 대해 신경을 쓰게 됩니다. 특히나 요즘처럼 고유가 시대에는 더더욱 그러한 분들이 상당히 많으며, 심지어 자동차 연비에 대한 부분이 자동차를 구매하는 데 있어 상당한 영향력을 주기도 합니다.
연비를 높이기 위해 노력을 하는 운전자라면 연비를 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나인 '공기저항'에 대해서도 알아둘 필요가 있습니다. 왜냐하면 차가 공기저항을 많이 받을수록 차량의 연료 사용량도 자연스럽게 늘어나기 때문이죠. 즉, 연비가 떨어지는 것입니다.
그렇다면 공기저항은 무엇이며, 모든 차는 똑같이 공기저항을 받을까요? 공기의 흐름, 공기저항을 알기 위해서는 공기저항을 연구하는 공기역학을 먼저 알아둘 필요가 있습니다.
지구 어디에서나 작용하고 있는 공기저항, 즉 공기역학 중 오늘은 자동차 공기역학(aerodynamics), 그 비밀에 대해 샅샅이 파헤쳐 보겠습니다.
공기역학(Aerodynamics)는 왜 중요한 걸까?
엄밀히 말해 우리는 공기역학 속에서 살고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 운동경기에서 공의 움직임 패턴, 건물과 항공기, 자동차 어디에서도 이것이 작용하고 있습니다. 공기의 흐름, 특히 움직이는 물체와 공기의 상호작용 시의 흐름을 말하는 것입니다.
무거운 비행기가 날 수 있는 것은 날개 때문이고 날개는 날개 위로 흐르는 공기의 속도를 높여 압력을 낮추며 동시에 공기를 느리게 하여 압력을 증가시킵니다. 이를 항공역학이라 부르며 이것이 바로 자동차와 같은 원리입니다. 자동차 역시 공기저항을 받으면서 달리는 물체이므로 공기역학의 해석이 중요한 것이죠.
공기의 흐름, 힘을 연구하는 것이 공기역학이고 공기의 흐름은 자동차의 연비, 성능과 밀접한 관계가 있습니다. 공기 저항을 받으면 받을수록 차체는 무거워지고 동일한 힘을 내도 공기저항으로 말미암아 생기는 압력과 힘이 자동차 연료를 더 많이 소비하게 합니다. 그뿐만 아니라 저항이 심할수록 자동차의 안정성이 떨어지며 소음도 심하게 됩니다.
자동차 디자인과 공기저항의 관계
과거에는 자동차를 디자인할 때 오래가는 엔진을 만드는 것이 핵심이었습니다. 따라서 공기역학은 크게 고려하지 않았죠. 그러다 1970년대 석유 파동으로 인해 연료 효율에 대한 관심이 높아졌고 그 효율을 높이기 위한 공기역학, 즉 공기저항에 관한 연구가 활발해지기 시작한 것입니다. 따라서 그때부터 공기저항이 자동차 디자인에서 가장 중요한 요소로 자리 잡게 되었습니다.
공기저항을 줄여야 자동차가 받는 부하가 줄어들고 연료 절약이 되기 때문인데요. 공기저항 연구를 위해서는 차가 달릴 때 받는 저항을 명확하게 비교하는 것이 필요하고 이를 수치화한 것이 공기저항 계수입니다. 공기저항 계수는 0에서 1 사이의 값으로 작을수록 공기의 힘을 덜 받는 것입니다.
결과적으로 자동차를 디자인할 때 공기저항 계수를 작게 만들면 차가 받는 공기저항이 줄고 따라서 연비가 향상됩니다. 공기저항 계수를 0.01만 줄여도 차의 무게를 40kb 줄이는 효과가 있다고 합니다. 즉, 수치가 낮을수록 속도, 조종 안정성, 접지력까지 향상되는 것이죠.
과거 차량의 경우, 예를 들어 현대자동차 포니의 경우는 각진 형태의 디자인으로 공기저항 계수가 0.41이었습니다. 차츰 유선형으로 디자인을 함으로써 공기저항 계수는 낮아지기 시작했죠. 현재 싼타페의 경우는 SUV임에도 불구하고 0.337이며, 아이오닉 하이브리드는 0.24까지 낮아졌습니다.
자동차 공기저항을 감소시키는 다양한 장치들
자동차 제조사들은 공기저항을 줄이기 위해 자동차 디자인을 유선형으로 하는 것 외에 또 다른 방법을 연구했는데요. 그것은 별도의 장치를 설치하는 것입니다.
1. 스포일러 (Spoiler)
자동차 뒤쪽에 부착되는 날개 모양의 장치입니다. 일반인들은 외관의 멋을 위해 장착한 것으로 알고 있는데요. 스포일러는 뒤쪽에서 공기의 소용돌이가 생겨 차체를 뒤로 당기는 일이 발생하지 않도록 공기 흐름을 흐트러뜨리는 역할을 합니다. 그리고 공기 흐름을 바꾸면서 받는 압력으로 차체를 아래쪽으로 누르는 기능, 즉 다운 포스를 형성하여 고속 주행 시 접지력을 높이기도 하죠.
스포츠카의 경우는 스포일러가 공기저항을 상쇄하는 기능 외에 날렵함까지 뽐내는 멋의 상징으로 여겨지기도 하는데요. 장착된 위치에 따라 다른 이름으로 불리기도 한답니다.
2. 에어커튼 (Air Curtain)
자동차를 주행할 때 바퀴 주변에는 난류가 형성됩니다. 이것은 연비 효율을 떨어뜨리는 요인인데요. 자동차의 좌우 범퍼 하단에 있는 에어커튼이 이 난류를 휠 하우스로 들어오게 한 후 흐름을 바퀴 쪽으로 빼내어 난류를 줄이는 역할을 합니다. 아울러 공기가 바퀴 겉 부분을 타고 퍼지게 함으로써 마치 휠 바깥쪽에 공기로 된 커튼을 치는 것과 같은 효과를 내기도 하죠.
에어커튼이 있으면 바퀴 주변의 공기 흐름이 한결 안정되어 연비와 주행 안정성이 높아지는 효과를 볼 수 있습니다.
3. 에어 스쿠프(Air Scoop)
에어 스쿠프는 터보 차량에 많이 장착되는데요. 그 이유는 엔진의 냉각 능력이 연비에 관여하기 때문입니다. 주로 차량 앞 보닛에 공기 흡입구를 설치하여 외부 공기가 유입될 수 있도록 하여 자연히 엔진을 냉각시키고 산소 농도를 높임으로써 엔진의 힘과 연비 향상에 도움을 주는 원리이죠.
최근 벤츠, BMW 차량에는 지능형 공기역학을 갖춘 모델들이 출시되었는데요. 자동차 제조사에서 공기저항 계수를 강조하는 이유도 바로 연비에 장점이 있다는 것을 강조하기 위해서입니다. 미래에는 어떤 디자인과 장치들로 바람을 다스릴지, 어떻게 자동차의 공기저항을 줄여 연비 효율을 높일지 궁금해집니다.
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