1.원론적인 이야기

물고기가 물이라는 유체속에 산다면 사람은 공기라는 유체속에 있음

그리고 자동차는 공기를 해치고 앞으로 나아가는 물체이고

앞으로 나갈수록 더 큰 공기저항을 받게 됨

Effects of Winter on Fuel Economy - To Engineer is Human

위의 그림처럼 전면에서도 저항력(Drag)을 받고

차를 아래로 누르는 다운포스(Downforce)

차를 위로 띄우려는 리프트포스(Lift)

그리고 뒷부분에서도 저항이 생김(Drag)

측풍도있지만 측풍은 여기서 다루지 않겠음

2.전면에서 받는 공기저항

그래서 공기저항을 얼마나 받냐면

공기저항력 = 형상에 따른 값 x 속도의 제곱

으로 표현됨

속도의 제곱이니까 속도가 빨라지면 빨라질수록 기하급수적으로 공기저항이 강력해 지는 것이다

형상에 따른 값이라는 것은 


이렇게 뭉툭하면 형상에 따른 값이 존나커서 공기저항이 커지는거고



사진의 신칸센처럼 뾰족하면 값이 존나작아서 공기저항이 작음

실질적으로 시속50km정도 까지는 공기저항이 거의 없음

그 이상 올라갈때부터 공기저항을 서서히 받기 시작해서 빠른 속도에서는 극심하게 받아서 지상에서 낼 수 있는 속도는 한계가 있음

그래서 엘론머스크가 공기가 거의 없는 진공관을 달리는 하이퍼루프라는 열차를 개발하는 것이고

전면에서 받는 공기저항을 줄이기 위한 노력으로는





연비가 곧 수익성과 직결되는 이런 화물차는 공기저항을 줄이기위해서 캡(운전석) 윗부분에 저런 모자(에어댐)를(을) 씌워놓음 

공기저항에 대한 이해가 적고 크게 개의치 않던 과거에는 이런 뭉툭한 차가 많았지만(물론 금형기술의 발달도 있지만)



연비가 중시되는 요즘차들은 다 둥글둥글 하고 뾰족하게 생김




3.차를 뒤로 당기려는 저항력


이 그림이 아주 좋은 예임

저 동그라미들이 자동차라고 생각하셈 

왼쪽에서 오른쪽으로 바람이 불어온다고 생각해도 되고 공들이 좌측으로 이동중이라고 생각해도 됨 ㅎ

초록공처럼 뒷면의 형상이 급격하게 변하면 위, 아래에 있던 공기들이 그 자리를 채워야 하는데 급격하게 채울수가 없으니 저기서 

공들을 뒤로 땡기는 힘이 발생함. 그만큼 앞으로 나아가려는 것을 저해해서 엔진이 더 큰힘을 쓰게 만들고 그만큼 연비를 감소시키는 것임



승용차를 예로 든다면 왜건, 해치백형태보다는 세단형이 뒤로 차를 당기는 힘을 줄이는 것에 가장 유리하다고 볼 수 있음



4.차를 위로 띄우려는 힘(Lift Force)

이건 좀 생소할지도 모르겠는데 날개도 없는데 차가 왜 위로 날아올라? 라고 생각하는 게이들도 많을거임



여기에는 경계층이론이라는 것이 적용되는데

왼쪽에서 바람이 불어와서 오른쪽에 철판에 도달하면 바람이 그냥 똑같이 불어야 하는데

어떤옜날사람이 철판과 닿은 면에서는 바람 속도가 느리고 멀어질수록 점점 빨라진다는걸 발견하게 됨

바람속도가 느리다는건 총 통과한 바람이 적어진다는 이야기인데

바람이 무슨 갑자기 증발하거나 전부 압축되거나 한게 아니라면 어딘가로 가야함 (물론 일부는 압축 되긴 하겟징 ㅎㅎ)

그래서 그저 바람이 불었을 뿐이지만 철판을 아래쪽으로 밀어내려는 힘이 생긴다는 것임

이게 차게 적용되게 되면 



대충이런 그림이 나오는데

차가 도로에 붙어서 갈수는 없으니 차 아래에도 약간의 공간이 있음

달릴때 그쪽으로 유입된 공기가 차를 위로 띄운다는 것임
(빨간화살표는 바람이 부는 방향임 )


차를 위쪽으로 띄우려는 이런 힘을 줄이려는 노력으로는

첫번째로 공기유입을 줄여버리는 방법으로



차체를 도로로 그냥 붙여버려서 차 아래쪽으로의 공기유입을 줄여버리는 방법임

어쨋든 아래쪽으로 통하는 입구가 적어지면 이동하는 공기도 적어질꺼고 그럼 차를 위로 띄우는 힘이 약해진다는 거임

고급차들은 속도가 빨라지면 차체가 아래로 내려가서 차를 위로 띄우려는 힘을 줄이고

속도가 느릴때는 차체를 위로 올려서 승차감이 좋고 요철로부터 차체를 보호할 수 있는 그런 무쿵현따처럼 올렸다 내렸다 할수잇는 그런 에어서스팬션이 장착되어있음
(사진의 차는 주차중인 차임 에어서스팬션 달린 차는 주차되었을때 저렇게 주저앉아버림 ㅎ)

일반차들은 그냥 뭐 서스팬션을 짧은거로 교체하거나 서스팬션의 부품 일부를 교체하는 식으로 해서 차체를 낮춤

또 무게중심이 낮아져서 차가 좌우로 흔들리는것도 줄여주는 효과도 있지만 차체가 낮아지면 차가 위아래로 움직일 수 있는 공간도 적어져서 승차감은 매우 구려짐 ㅋ



또다른 방법으로는 에어댐이 있음
이 차는 앞범퍼가 아래로 내려가있고
차 양옆 아래에도 무언가가 달려있는데
이것들의 역할도 차 아래로 공기가 적게 들어가게 하는거임

근데 무슨 자기 차 공력성능을 올릴려고 이짓하는 사람은 없겠지 그냥 지눈에 멋있어 보이니까 하는거임


두번째로 공기가 차를 밀어내는 힘을 덜 만들어내게끔 방법이 있음




이건 디퓨저라고 불리우는데 요즘에는 거의 모든 순정차가 다 이렇게 되서 나옴 

물론 진짜 좆사꾸려차들은 뒤에서 보면 디퓨저인것 같은데 아래에서 보면 그냥 장식인 경우도 많음



위에 그림이 디퓨저인데 이건 원리가 뭐냐면 공기가 흐를때 흐를수 있는 공간이 넓어지면 공기 속도가 느려짐

공기가 느리게 흐르면 그만큼 차를 위로 띄우려는 힘이 약해진다는 거임

반대로 공기가 흐를때 갑자기 흐를 수 있는 공간이 좁아지면 빨리흐름

물호스로 물 뿌릴때 손으로 끝부분을 좁게 쥐어짜면 물이 더 바르고 세게 나가는거 경험해 봤을 텐데 그거랑 딱 반대의 현상이 생긴다구 보면됨

자동차 아래부분의 공기를 느리게 흐르게 해서 양력(자동차를 위로 띄우려는 힘)을 적게 만들어 주는 것임

 

5.차를 아래로 누르는 힘 (다운포스)

일베간 글중에 양카특징에 스포일러가 나와 있길레  댓글보니 다운포스 어쩌구 하길레 갑자기 이글이 쓰고싶어짐

아무튼 우리가 걸어서 앞으로 나갈 수 있는 이유는 마찰력이 있기 때문이라는건 뭐 흔히 들어서 알겠지만

차도 마찬가지임. 마찰력이 있어야 앞으로 나아갈 수가 있고 멈출수도 있음

그리고 마찰력은

마찰력 = 무게  x 표면재질에 따른 값

으로 표현되는데 

표면재질이라는 것은 예를들면 겨울에 눈위에서 엑셀을 밟아도 바퀴만 헛돌고 차가 앞으로 나가지 않는 경험을 해봤을수도 있고 안해봤을 수도 있겠지만 

간단하게 예를 들면 눈이나 얼음판같은 것이 표면재질에 따른 값이 단순하게 0이라고 보면 됨 (물론 실제 현실에서는 0이 아님)
그러니까 무게가 존나게 무거워도 거기에 0을 곱하니까 마찰력이 0이 되서 앞으로 못나가는 거임


속도가 빨라지면 빨라질수록 차를 위로 띄우려는 힘이 강해져서 더 큰 마찰력을 요구하게 됨

하지만 여기서 표면재질을 우리가 바꿀수는 없음

가야할 길이 아스팔트면 그냥 아스팔트를 가야하는거고 시맨트면 시맨트 길을 가야하는거고 ㅎㅎ

무게는 바꿀수가 있지만 연비도 나빠지고 브레이크성능도 나빠지고 (무거울수록 세우기 힘듦 ㅎ)

그래서 무게를 늘리지 않고 무게를 늘릴 방법(?)을 고안해 낸 것이 바로 스포일러임





스포일러 하면 가장 먼저 떠오르는게 사진과 같은 날개일거임

속도가 빨라지면 빨라질수록 공기를 위로 밀어내는 힘이 강해져서 차를 아래로 누르는 힘(다운포스)를 만들어냄

영화나 드라마 내용 스포일러라고 하는데 같은 뜻임 단어자체의 뜻은 망쳐버린다는 뜻이니까

영화 스포일러는 내용을 미리 말해서 영화보는 즐거움을 망쳐버리는거고

차에 다는 스포일러는 공기의 흐름을 망쳐버려서 공기저항은 늘어나지만 차를 아래로 눌러줘서 차의 무게를 늘리지 않고

차의 속도 대비해서 마찰력을 얻게 해주는 것임



뭐 이렇게 앞에다가도 다는 경우도 있고 이런건 카나드 윙이라고 부름



전투기의 주익 앞에 작게 달려있는 날개를 카나드윙이라고 부름 ㅋㅋ


요약은 없어서 미안하다 급히 나가봐야해서 그럼 이만