지난 6월 23일, 경기도 화성시 남양읍에 자리한 현대자동차그룹 종합기술연구소를 찾았다. 언론을 대상으로 연구개발시설 및 현황을 소개하는 ‘랩 투어(Lab Tour)’에 참여하기 위해서다. 이날 공력시험동 폐쇄회로 터널로 들어가 초대형 팬을 보고 강풍의 위력도 체험했다. 0.144로 세상에서 공기저항계수가 가장 낮은 ‘에어로 챌린지 카’도 처음 만났다.
화성(경기)=김기범 편집장(ceo@roadtest.kr)
사진 현대자동차그룹, 김기범
참고자료 HMG저널, 남양연구소 발전사
화성(경기)=김기범 편집장(ceo@roadtest.kr)
사진 현대자동차그룹, 김기범
참고자료 HMG저널, 남양연구소 발전사
건물 3층 높이 탄소섬유 바람개비
압도적 스케일에 숨이 턱 막혔다. 기다란 터널 따라 걷다 단면을 꽉 채운 바람개비와 마주했다. 지름이 8.4m로, 건물 3층 높이와 맞먹는다. 에어버스 A380 제트 엔진 지름의 두 배 넘는다. 탄소섬유 팬의 최고출력은 3,400마력. 최대 시속 200㎞로 바람을 불어낼 수 있다. 이때 전력소모량은 1,200세대 아파트 단지가 투인원 에어컨을 동시에 틀 때와 같다.
버킷리스트를 또 한 줄 지웠다. 공력시험동을 샅샅이 살폈다. 7월 23일, 경기도 화성시 남양읍에 자리한 현대자동차그룹(이하 현대차그룹) 종합기술연구소(이하 남양기술연구소)에서다. 이날 현대차그룹의 ‘랩 투어(Lab Tour)’의 프로그램 중 하나였다. 해마다 언론을 대상으로 연구개발시설 및 현황을 소개하는 행사다. 이날 난 총 4개의 시험동을 돌아봤다.
버킷리스트를 또 한 줄 지웠다. 공력시험동을 샅샅이 살폈다. 7월 23일, 경기도 화성시 남양읍에 자리한 현대자동차그룹(이하 현대차그룹) 종합기술연구소(이하 남양기술연구소)에서다. 이날 현대차그룹의 ‘랩 투어(Lab Tour)’의 프로그램 중 하나였다. 해마다 언론을 대상으로 연구개발시설 및 현황을 소개하는 행사다. 이날 난 총 4개의 시험동을 돌아봤다.
이 가운데 첫 번째로 공력시험동을 소개한다. 지금의 실차 공력시험동 갖추기 전 현대차는 매번 해외로 나가 시험을 의뢰했다. 최초의 고유 모델 포니는 이탈리아의 ‘피닌파리나(Pininfarina)’와 영국의 ‘마이라(Mira)’, 쏘나타와 엘란트라는 네덜란드의 DNW에서 진행했다. 그러나 높은 비용을 내고도, 시간 제약 때문에 제한적인 데이터만 확보할 수 있었다.
1992년 현대자동차는 캐나다의 ‘DSMA’와 용역 계약을 맺었다. 울산 공장에 4분의 1 축소형 공력시험동을 짓기 위해서다. 이후 개발 단계 때 축소 모형 시험으로 완성도를 최대한 높였다. 그 다음 해외 실차 공력시험동으로 건너가 최종 테스트를 치렀다. 1995년 마침내 현대차는 실차 공력시험동 건설을 결정했다. 그런데 진짜 고민은 이제부터 시작이었다.
우선 공력시험동 방식부터 정해야 했다. 첫째는 개방로식인 ‘에이플(Eiffel)’형. 초기 투자비가 저렴한 반면 에너지 효율이 떨어졌다. 두 번째는 폐회로식인 ‘괴팅겐(Göttingen)’인데, 비용이 두 배 이상인 대신 효율이 좋다. 연구원들은 DNW(폐회로식)와 마이라(개방로식)의 시험 경험을 토대로 논의했다. 그 결과 폐회로식 실차 공력시험동으로 정했다.
1992년 현대자동차는 캐나다의 ‘DSMA’와 용역 계약을 맺었다. 울산 공장에 4분의 1 축소형 공력시험동을 짓기 위해서다. 이후 개발 단계 때 축소 모형 시험으로 완성도를 최대한 높였다. 그 다음 해외 실차 공력시험동으로 건너가 최종 테스트를 치렀다. 1995년 마침내 현대차는 실차 공력시험동 건설을 결정했다. 그런데 진짜 고민은 이제부터 시작이었다.
우선 공력시험동 방식부터 정해야 했다. 첫째는 개방로식인 ‘에이플(Eiffel)’형. 초기 투자비가 저렴한 반면 에너지 효율이 떨어졌다. 두 번째는 폐회로식인 ‘괴팅겐(Göttingen)’인데, 비용이 두 배 이상인 대신 효율이 좋다. 연구원들은 DNW(폐회로식)와 마이라(개방로식)의 시험 경험을 토대로 논의했다. 그 결과 폐회로식 실차 공력시험동으로 정했다.
비싸되 에너지 효율 좋은 폐회로식
기본 설계는 캐나다의 윈드 터널 전문 업체 ‘에이오로스(AIOLOS)’에 의뢰했다. 시공은 현대 엔지니어링이 담당했다. 그런데 하필 IMF(국제통화기금) 사태로 환율이 쭉쭉 치솟았다. 그 결과 300억 원으로 예상했던 예산이 450억 원으로 확 늘었다. 1999년 6월, 현대차는 우여곡절 끝에 실차 공력시험동을 완공했다. 공식 준공식은 7월 20일 치렀다.
남양기술연구소의 실차 공력시험동은 시설은 승용차와 소형 밴의 실차 및 트럭 및 버스의 1/2 모델까지 소화할 수 있다. ‘공력(Aerodynamic Force & Moment)’ 및 ‘공력소음(Wind Noise)’ 측정, 레이저 및 스모크(연기) 유동 가시화, 차체 표면 및 차체 주위의 압력 분포 등의 주요 시험과 주행 시 발생 가능한 모든 상황에 대한 시험을 수행할 수 있다고.
남양기술연구소의 실차 공력시험동은 시설은 승용차와 소형 밴의 실차 및 트럭 및 버스의 1/2 모델까지 소화할 수 있다. ‘공력(Aerodynamic Force & Moment)’ 및 ‘공력소음(Wind Noise)’ 측정, 레이저 및 스모크(연기) 유동 가시화, 차체 표면 및 차체 주위의 압력 분포 등의 주요 시험과 주행 시 발생 가능한 모든 상황에 대한 시험을 수행할 수 있다고.
풍동 시험부 바닥엔 사륜은 물론 삼륜차까지 잴 수 있는 초대형 전자저울을 설치했다. 차에 작용하는 힘과 모멘트뿐 아니라 각각의 휠에서 발생하는 양력을 측정해 풍속에 대한 차량 안전성을 분석한다. 전자저울 뒤쪽엔 180° 회전 가능한 ‘섀시 다이나모미터(Chassis Dynamometer)’를 달아 정면풍뿐 아니라 횡풍 상태에서 엔진냉각 시뮬레이션 시험도 한다.
‘자동이송장치(Traverse)’도 갖췄다. 시험부 내 모든 부위를 이동할 수 있도록 설계했다. 그 결과 열선 유속계, 마이크로폰, 카메라 등의 측정 장치를 보다 쉽게 설치할 수 있다. 한편, 현대차의 실차 풍동은 소음 성능시험까지 가능한 일명 ‘공력소음시험풍동(Aero-acoustic Wind Tunnel)’이다. 일본의 닛산과 혼다에 이어 세계에서 세 번째로 만든 시설이다.
설레는 마음을 안고 공력시험동 안으로 들어섰다. 두꺼운 출입문 닫는 순간 귀가 먹먹해졌다. 벽면을 흡음재로 빈틈없이 채운 덕분이다. 앞뒤로 터널과 이어진 공간은 워낙 넓고 밝아 원근감을 왜곡한다. 시험부 한 복판에 익숙하면서도 어딘지 낯선 차 한 대가 우리를 기다리고 있었다. 현대차그룹이 개발 중인 ‘에어로 챌린지 카(Aero Challenge Car)’였다.
‘자동이송장치(Traverse)’도 갖췄다. 시험부 내 모든 부위를 이동할 수 있도록 설계했다. 그 결과 열선 유속계, 마이크로폰, 카메라 등의 측정 장치를 보다 쉽게 설치할 수 있다. 한편, 현대차의 실차 풍동은 소음 성능시험까지 가능한 일명 ‘공력소음시험풍동(Aero-acoustic Wind Tunnel)’이다. 일본의 닛산과 혼다에 이어 세계에서 세 번째로 만든 시설이다.
설레는 마음을 안고 공력시험동 안으로 들어섰다. 두꺼운 출입문 닫는 순간 귀가 먹먹해졌다. 벽면을 흡음재로 빈틈없이 채운 덕분이다. 앞뒤로 터널과 이어진 공간은 워낙 넓고 밝아 원근감을 왜곡한다. 시험부 한 복판에 익숙하면서도 어딘지 낯선 차 한 대가 우리를 기다리고 있었다. 현대차그룹이 개발 중인 ‘에어로 챌린지 카(Aero Challenge Car)’였다.
세계 최저 공기저항계수 달성 비결
‘공기저항계수(Cd, Coefficient of Drag)’는 0.144. 세상 어떤 양산차보다 낮다. 동기 부여한 주역은 Cd 0.17의 메르세데스-벤츠 콘셉트카 EQXX. 보안상 기사로 모습은 공개할 수 없지만, 외모는 아이오닉 6을 빼닮았다. 다만 꽁무니가 유독 길어 맥라렌 ‘롱테일(LT)’을 연상시킨다. 아이오닉 6의 공기저항계수는 Cd 0.21. 양산 전기차 중 최상위권이다.
추가로 Cd 0.66을 줄일 수 있었던 비결은 크게 다섯 가지다. 첫 번째는 ‘액티브 카울 커버(Active Cowl Cover, 이후 ACC)’다. 보닛과 앞 유리 만나는 지점엔 단차가 있다. 와이퍼 있는 자리다. 실제 주행 시엔 여기에 정체되는 공기압이 발생해 공력 성능을 낮춘다. ACC를 작동시키면 이 틈을 메운다. 보닛 끝단의 커버를 앞 유리에 밀착시키는 개념이다.
두 번째 비결은 ‘액티브 리어 스포일러 (Active Rear Spoiler, 이후 ARS)’. 꽁무니 상단 날개로, 고속 주행 시 뒷부분의 소용돌이 현상을 줄여 안정성을 높인다. ARS는 연장이나 틸팅 등의 변형으로, 주행 모드별 최적화한 사용이 가능하다. 세 번째는 ‘통합형 3D 언더커버’. 입체 형상으로 공력을 최적화하는 한편, 커버 씌우는 영역을 87.7%까지 넓혔다.
추가로 Cd 0.66을 줄일 수 있었던 비결은 크게 다섯 가지다. 첫 번째는 ‘액티브 카울 커버(Active Cowl Cover, 이후 ACC)’다. 보닛과 앞 유리 만나는 지점엔 단차가 있다. 와이퍼 있는 자리다. 실제 주행 시엔 여기에 정체되는 공기압이 발생해 공력 성능을 낮춘다. ACC를 작동시키면 이 틈을 메운다. 보닛 끝단의 커버를 앞 유리에 밀착시키는 개념이다.
두 번째 비결은 ‘액티브 리어 스포일러 (Active Rear Spoiler, 이후 ARS)’. 꽁무니 상단 날개로, 고속 주행 시 뒷부분의 소용돌이 현상을 줄여 안정성을 높인다. ARS는 연장이나 틸팅 등의 변형으로, 주행 모드별 최적화한 사용이 가능하다. 세 번째는 ‘통합형 3D 언더커버’. 입체 형상으로 공력을 최적화하는 한편, 커버 씌우는 영역을 87.7%까지 넓혔다.
남은 두 가지는 길쭉한 꽁무니와 관계있다. 가장 극적인 요소는 ‘액티브 사이드 블레이드(Active Side Blade, 이후 ASB). 작동시키면 차체 꽁무니 좌우의 블레이드 패널이 뒤로 길쭉하게 늘어난다. 뒤 오버행(뒷바퀴 중심축으로부터 뒤 범퍼 끝까지 거리)을 최대 40㎝ 연장시킨다. 덕분에 차량 측면 와류를 억제하고, 후류를 안정화시켜 공력 성능을 개선한다.
현대차그룹이 에어로 챌린지 카로 기록을 경신한 다섯 번째 비결은 ‘액티브 리어 디퓨저 (Active Rear Diffuser, 이후 ARD)’. 차 꽁무니 아래 다는 부품이다. 차 하부로 흐르는 공기 흐름을 제어해 주행 성능을 높인다. ARD를 작동시키면 부채꼴 형상의 디퓨저를 차체 뒤쪽으로 펼친다. 차체 길이와 너비 늘리는 효과로, 후류를 안정화시키는 원리다.
현대차그룹이 에어로 챌린지 카로 기록을 경신한 다섯 번째 비결은 ‘액티브 리어 디퓨저 (Active Rear Diffuser, 이후 ARD)’. 차 꽁무니 아래 다는 부품이다. 차 하부로 흐르는 공기 흐름을 제어해 주행 성능을 높인다. ARD를 작동시키면 부채꼴 형상의 디퓨저를 차체 뒤쪽으로 펼친다. 차체 길이와 너비 늘리는 효과로, 후류를 안정화시키는 원리다.
항력과 양력, 후류 중점적으로 평가
이번엔 공력시험동 실제 가동 모습을 확인할 차례. 안전을 위해 시속 60㎞의 바람을 불기 시작했다. 그럼 자동차가 같은 속도로 달릴 때 공기흐름을 모의할 수 있다. 하지만 자동차는 서 있다. 따라서 바닥에 다섯 개의 회전 벨트 품은 턴테이블을 심었다. 덕분에 실제로 바퀴를 굴려 지면과 차 밑바닥 사이에서 발생하는 공기 흐름까지 정밀하게 재현할 수 있다.
그런데 가동 중이라는 사실을 믿기 어려울 만큼 조용하다. 연구원의 설명에 따르면 심지어 시속 100㎞로 바람 불 때조차 소음은 약 54㏈(데시벨)로 일반 사무실 수준의 정숙함을 유지한다고. 이번엔 연구원이 이동식 장치와 연결한 기다란 쇠막대를 차의 코끝에 갔다댔다. 그러자 차체를 훑고 지나는 바람결이 여러 가닥 연기의 흐름으로 오롯이 드러났다.
일명 ‘유동 가시화 시험’이다. 살짝 매콤하면서 달착지근한 냄새가 나는데, 아마도 연기 원료 때문인 듯 했다. ACC와 ARS 등 아이오닉 6을 세계 신기록 제조기로 탈바꿈 시킨 장치들을 시연해 보였다. 실제로 흐름이 매끈해지는 모습을 확인할 수 있었다. 풍동시험장의 공력시험동에서 진행하는 대표적 평가로, 공력 성능 평가와 후류 최적화 평가가 있다.
그런데 가동 중이라는 사실을 믿기 어려울 만큼 조용하다. 연구원의 설명에 따르면 심지어 시속 100㎞로 바람 불 때조차 소음은 약 54㏈(데시벨)로 일반 사무실 수준의 정숙함을 유지한다고. 이번엔 연구원이 이동식 장치와 연결한 기다란 쇠막대를 차의 코끝에 갔다댔다. 그러자 차체를 훑고 지나는 바람결이 여러 가닥 연기의 흐름으로 오롯이 드러났다.
일명 ‘유동 가시화 시험’이다. 살짝 매콤하면서 달착지근한 냄새가 나는데, 아마도 연기 원료 때문인 듯 했다. ACC와 ARS 등 아이오닉 6을 세계 신기록 제조기로 탈바꿈 시킨 장치들을 시연해 보였다. 실제로 흐름이 매끈해지는 모습을 확인할 수 있었다. 풍동시험장의 공력시험동에서 진행하는 대표적 평가로, 공력 성능 평가와 후류 최적화 평가가 있다.
공력 성능 평가는 차량 주행 방향과 반대로 작용하는 저항력인 ‘항력’과 차체를 부상시키는 힘인 ‘양력’을 중점적으로 측정한다. ‘항력’은 전비와 가속 성능에 영향을 주고, ‘양력’은 주행 안정성과 밀접하게 관련 있어 전기차 공력 성능의 핵심 요인으로 꼽는 까닭이다. 후류 최적화 평가는 주행 시 후면에 생겨 차체 당기는 효과를 내는 후류를 중점적으로 분석한다.
공력개발팀 박상현 팀장은 “전기차 핵심 경쟁력으로 손꼽히는 AER(1회 충전 주행거리)에 큰 영향 미치는 공력 성능을 높이기 위해 외관 디자인부터 차량 하부 설계, 공력 신기술 개발에 이르기까지 끊임없는 노력을 이어가고 있다”고 설명했다. 아이오닉 6의 공기저항계수도 초기 디자인 땐 0.25였다. 이후 개선을 거듭해 치열하게 줄였다.(다음 편에 계속)
공력개발팀 박상현 팀장은 “전기차 핵심 경쟁력으로 손꼽히는 AER(1회 충전 주행거리)에 큰 영향 미치는 공력 성능을 높이기 위해 외관 디자인부터 차량 하부 설계, 공력 신기술 개발에 이르기까지 끊임없는 노력을 이어가고 있다”고 설명했다. 아이오닉 6의 공기저항계수도 초기 디자인 땐 0.25였다. 이후 개선을 거듭해 치열하게 줄였다.(다음 편에 계속)