자동차와 봅슬레이에서 가장 중요한 '공기역학'

[나라다운나라]

빠르게 질주하는 자동차와 동계스포츠에서 최고속도를 자랑하는 봅슬레이에서 가장 중요한 것은 무엇일까요? 바로 공기역학입니다. 공기의 흐름을 얼마나 잘 타고 넘느냐에 따라 성능이 갈리고, 메달의 색깔이 변화하기 때문입니다. 
 

▲공기역학 실험 중인 독일 봅슬레이 대표팀. / BMW 제공

자동차의 경우 원래 '잘 달리고(run), 잘 돌며(cornering), 잘 서는(stop)' 것만을 추구해왔습니다. 그러나 최근의 자동차는 공기도 매끈하게 흘려야 합니다. 공기 흐름이 원활한 것만으로도 연료효율을 크게 높일 수 있기 때문입니다. 

연료효율은 현재 자동차 선택의 최우선 순위입니다. 연료효율 향상은 여러가지 수단이 활용되는데, 내연기관 동력계 개선이 가장 대표적입니다. 하지만 내연기관은 지난 100여년간 끊임없이 개선돼 왔고, 기술적인 한계에 점점 다가오고 있는 상황입니다. 동력효율 높이기가 굉장히 어려워지고 있다는 뜻이지요. 그래서 전기모터가 동력을 보조하는 하이브리드 모델들이 등장하기 시작했습니다. 동력을 보조받는 것만큼 연료소모를 줄일 수 있으니 효율이 높아지는 겁니다. 
 

▲봅슬레이 썰매의 공기역학 시뮬레이션. / BMW 제공

요즘 동력계 개선보다 중요하 게 여겨지는 것은 바로 이 공기역학입니다. 단위로는 Cd(공기저항계수)를 사용합니다. 정확한 표현은 '항력 계수(Drag Coefficient)' 입니다. 일반적으로 Cd 값 0.01을 줄이면 차 무게 40㎏를 덜어내는 효과가 있습니다. 이 계산에 따라 구형에 비해 0.02Cd를 낮춘 신차가 있다면 물리적인 무게를 줄이지 않아도 100㎏에 버금가는 다이어트 효과를 볼 수 있습니다. 자동차가 가벼우면 연료효율도 좋아진다는 건 과학적 상식입니다. 때문에 현재 연료효율 높이기 성패의 50%는 공기역학에 달려있다는 게 학계 주류의 설명입니다. Cd 값을 낮추기 위한 노력을 할 수밖에 없다는 의미입니다. 
 

▲공기역학 실험 중인 독일 봅슬레이 대표팀. / BMW 제공

동계스포츠는 0.001초의 차이로 순위가 뒤바뀝니다. 이런 찰나의 순간으로 승부가 갈리기 때문에 첨단 과학기술이 동원됩니다. 가장 대표적인 스포츠가 바로 봅슬레이입니다. 그리고 세계에서 가장 썰매를 잘 타는 사람들은 독일 국가대표팀입니다. 모국의 자동차 회사 BMW에게 빠른 썰매를 위한 기술 지원을 받습니다. 

19세기 후반 스위스에서 시작된 봅슬레이는 평균 시속이 135㎞에 육박할 정도로 매우 빠릅니다. 어떤 기술을 품고 있느냐에 따라 성과가 바뀌는 것은 주지의 사실입니다. 봅슬레이는 단순한 썰매처럼 보이지만 자동차의 공기역학은 물론, 주행성능, 효율 및 안정적인 주행을 위한 다양한 기술이 사용됩니다. 

봅슬레이 규정은 상당히 까다롭습니다. 이 규정 탓에 썰매 자체에 변화를 주기가 여간 어려운 일이 아닙니다. 그럼에도 불구하고, 0.001초를 줄이기 위한 노력은 오늘도 계속되고 있습니다. 가장 중요한 일은 선수들의 시트 포지션과 썰매 생김새는 최대한 공기역학적으로 디자인하고, 제작하는 것입니다. 독일 대표팀의 것은 모두 BMW가 직접 조정합니다. '공기역학 개념이 녹아있는 디자인'으로 정평이 나 있는 BMW의 노하우가 모두 담깁니다. 

BMW 공기역학의 역사는 1930년으로 거슬러 올라갑니다. 이 연구는 '에어커튼'으로 불리는 기술을 낳았습니다. 에어커튼은 자동차 범퍼 하단부의 좌우 바깥쪽에 좁은 통로를 두고, 이곳으로 들어온 공기를 휠 하우스의 가느다란 공기구멍으로 고속으로 빼면서 생기는 공기 흐름을 뜻합니다. 공기가 흐르는 모양이 마치 타이어와 휠을 덮는 커튼처럼 작용해 이런 이름이 붙었습니다.

최근 BMW가 내놓은 5시리즈는 공기역학 기술의 총아라고 불려도 손색이 없습니다. BMW의 상징인 키드니 그릴에 있는 액티브 에어 플랩 콘트롤과 꼼꼼한 언더커버, 전면부 에어커튼과 에어 브리더는 5시리즈의 공기저항계수는 0.22Cd까지 낮췄습니다. 이는 현존하는 모든 자동차 중에서 가장 높은 수준입니다.  

놀라울만한 공기역학 성능을 만들어 낸 것은 BMW그룹의 연구혁신센터(FIZ)에 위치한 풍동실험실의 역할이 컸습니다. 시속 300㎞의 바람으로 공기흐름 시험을 진행하고, 컴퓨터를 통해 공기역학 능력을 측정합니다. 독일 봅슬레이 대표팀의 썰매도 여기서 실험을 거쳤습니다. 

▲공기역학 실험 중인 독일 봅슬레이 대표팀. / BMW 제공

또한 BMW그룹의 에너지 기술 시험 센터(EVZ)에 위치한 3개의 온도풍터널과 2개의 냉방실험실에서는 눈, 비 등 다양한 날씨와 온도, 고도까지 조정이 가능합니다. BMW 자동차를 다양한 기후에서 시험하기 위해 만들어진 이 센터는 봅슬레이 썰매의 기술적 역량을 끌어올리기 위해서도 사용됩니다. 

자동차에 녹여낸 공기역학의 혁신이 그대로 봅슬레이에 담겨져 있다는 사실, 얼마나 알고 계시는지요? 이미 독일 대표팀은 2018년 평창동계올림픽 봅슬레이 2인승에서 금메달을 차지하며 기술력을 증명했습니다. 또 올림픽 폐막일인 25일 오전 봅슬레이 오픈 4인승을 통해서도 확인할 수 있을 겁니다. 

출처:IT조선(http://it.chosun.com/news/article.html?no=2847249)

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