“비행기는 시속 250km만 넘어도 하늘로 떠오르는데, 시속 350km로 달리는 F1 자동차는 왜 날아가지 않을까요?”
비행기 날개의 단면을 잘라보면 위쪽은 볼록하고 아래쪽은 평평하게 생겼습니다. 이 모양이 공기를 가를 때, 날개 위아래의 기압 차이가 생기면서 비행기를 하늘로 밀어 올리는 거대한 힘인 ‘양력(Lift)’이 발생합니다.
그런데 지상을 달리는 자동차가 양력을 받게 되면 어떻게 될까요?
자동차가 조금만 빨리 달려도 차체가 붕 떠버려서 타이어가 땅에서 떨어지고, 브레이크나 핸들이 전혀 먹히지 않는 끔찍한 대형 사고로 이어지게 됩니다.
전투기의 날개를 뒤집어 자동차에 달다
시속 300km가 넘는 속도로 트랙을 질주하고 코너를 꺾어야 하는 F1(포뮬러 원) 레이싱카 설계자들은 이 문제를 해결하기 위해 항공우주공학의 ‘공기역학(Aerodynamics)’ 기술을 180도 뒤집어 버렸습니다.
F1 자동차의 앞뒤에 달려있는 날개(스포일러/윙)를 자세히 보면 비행기 날개를 위아래로 홱 뒤집어 놓은 모양입니다.
비행기가 양력을 받아 하늘로 떠오른다면, F1 자동차는 거꾸로 뒤집힌 날개를 통해 엄청난 공기의 힘으로 차체를 땅바닥으로 강하게 짓누르게 됩니다. 이 힘을 ‘다운포스(Downforce)’라고 부릅니다.
1톤의 자동차를 3톤의 무게로 짓누르는 바람의 마법
F1 자동차가 전속력으로 달릴 때 발생하는 다운포스의 힘은 무려 차체 무게의 3배(약 2.5톤~3톤)에 달합니다.
눈에 보이지 않는 공기가 자동차 위에 거대한 코끼리 한 마리가 올라탄 것만큼의 압력으로 차를 땅에 찰싹 달라붙게 짓누르는 셈입니다.
이 엄청난 다운포스 덕분에 F1 자동차는 빗길에서도 미끄러지지 않고, 엄청난 속도로 코너를 돌 때도 원심력을 튕겨내며 바닥을 움켜쥐듯 달릴 수 있습니다.
심지어 이론적으로는 F1 자동차가 전속력으로 터널 천장(천장 바닥)을 거꾸로 달려도, 떨어지지 않고 천장에 붙어 달릴 수 있을 정도의 압도적인 공력 설계가 적용되어 있습니다.
하늘을 지배하는 항공우주공학의 공기역학 기술은 비행기에만 쓰이는 것이 아닙니다.
눈에 보이지 않는 바람(유체)의 흐름을 지배하여 시속 300km의 괴물 자동차를 통제하는 극한의 기술, 이것이 바로 우리 실생활과 산업을 바꾸는 공기역학 트랙의 놀라운 파급력입니다.
더 깊이 알아보기: 공식 기술 리포트
지상 모빌리티(자동차)에 적용되는 항공우주공학의 역방향 양력(다운포스) 설계와 유체역학 제어 기술 동향은 아래 공식 학술 논문을 통해 확인할 수 있습니다.
- [자동차 리어 스포일러(Rear Spoiler) 장착에 따른 공기역학적 특성 및 다운포스 분석] 👉 한국기계가공학회지 KCI 등재 논문
- [고속주행차량의 후방스포일러 각도변화가 차량의 공력특성변화에 미치는 영향] 👉 한국산학기술학회논문지 (KCI 등재 실제 논문)
- [Star CCM+를 활용한 Formula SAE Student 차량 Louvers에 따른 공력 및 냉각성능 해석] 👉 한국자동차공학회(KSAE) 추계학술대회 실제 논문
