자동차 공기역학 : https://www.ilbe.com/view/11258235717

자동차 공기역학 찌끄려봣는데 일베가서 기분 노무 좋음

이번에는 자동차 바퀴임 ㅎㅎ

1.기본적인 이야기

이 부분은 자차를 운용하는 게이들은 다 아는 이야기임


자동차 바퀴는 한국에서는 휠 + 타이어 = 바퀴(?) 로 불리우고
(외국에서는 림 + 타이어 = 휠 이라고 부르는듯)



타이어 옆에는 이런 숫자가 써져있는데 255는 폭이 255mm라는 뜻임

55는 평편비라고 하는데 폭에서 55%가 타이어의 높이라는 것임
(저 타이어의 경우 폭이 255mm니까 높이는 255mm의 55%인 140mm정도 되는 것임)


R은 라디얼 타이어라는 뜻인데 철심이 박혀져있는 타이어의 종류이고 옛날엔 좀 다른걸 썼던거 같은데 요즘은 전부 R이붙어있지 

18은 휠(림)의 지름으로 단위는 인치임






똑같은 차'라도' 옵션에 따라서 휠과 타이어 사이즈가 변하는데

이것이 변함에 따라서 어떤 결과가 나오는지에 대해 말해보려고 함

사진에서 두 차는 똑같은 차인데 옵션낮은 버전(좌측)과 옵션높은 버전(우측)의 휠(림)의 크기가 다르다

하지만 왼쪽은 휠이 작은대신 타이어가 두껍고, 오른쪽은 휠이 큰대신 타이어가 얇음~
그래서 전체적인 바퀴의 지름은 완벽하게 같지는 않겠지만 거의 동일함


2.큰휠과 작은 휠



혹시 어렸을때 사진처럼 뺑뺑이를 밖에서 존나게 돌리다가 탑'슨'한 다음에 

동시에 다같이 중심쪽으로 몸을 옮기면 갑자기 뺑뺑이가 존나게 빨라지는 경험을  해봤는지 모르겠네

그러다가 다시 몸을 바깥으로 빼면 느려지고..(안날라가고 버틴다면 말이지..ㅎ)

이건 질량관성모멘트라는 것 때문인데

회전체의 무게가 똑같더라도 무게중심(무게 분포)이(가) 안쪽에 있을수록 돌리는데 필요한 에너지가 적어짐

그래서 뻉뻉이를 존나게 돌리다가 가장자리에 탑'슨'한 상태랑, 탑'슨'한 상태에서 중심축으로 몸을 이동시켰을때랑

총 중량도 같고, 초기에 바깥에서 존나게 돌렸던... 어린이들이 뺑뺑이에 힘들게 공급한 에너지도 같지만..

(오히려 약간의 시간동안 뺑뺑이가 돌면서 손실이 발생했음에도 불구하고) 무게분포가 안쪽으로 이동해서 갑자기 빨라지는 것임



휠의 생김세를 보면 가장자리에 림이라고 불리우는 부분 있고 그것을 지지하는 바퀴살(포크)이(가) 달려있는데

딱 봐도 무게분포가 가장자리인 림이라는 부분에 몰려 있는 것을 알 수 있음

그런데 휠이 크다면? 마치 뺑뺑이에서 가생이에 타있는 것과 같고

휠이 작다면 뺑뻉이에서 가운데쪽에 몰려서 타 있는것과도 같은 효과가 나타남

물론 부가적으로 림 전체 직경이 작아지면서 가벼워지는 효과도 있음








그래서 전체 바퀴의 지름이 같고, 차량의 무게가 같더라도

만약에 전체바퀴의 무게가 같다고 가정하더라도 (물론 무게도 다르지만 ㅎ)

휠의 지름이 크고, 타이어가 얇은 경우에는 힘이 많이 들고

휠의 지름이 작고, 타이어가 두꺼운 경우에 힘이 적게든다는 것임


이건 현대차 홈피에서 가져온...현대 아반떼 공인연비표임
엔진과 변속기가 같은 모델인데
15인치 타이어일때 연비가 15.4
17인치 타이어일때 연비가 14.5

실제로 휠의 인치수가 작을 수록 연비가 좋음 (응 좆도차이안나~)

그럼 인치수가 크면 단점밖에 없느냐? 하겠지만 꼭 그렇지는 않음
일단 멋이 있음

그리고 타이어가 얇으면 두꺼운 타이어에 비해 충격을 받았을때 타이어가 덜 찌그러져서 자가 좌우로 덜 흔들리게 되는 효과가 있음

스포티한 주행(난폭운전..ㅎ)에 적합함



그리고 바퀴의 무게에 대한 이야기 인데 





위의 무현이는 폐지는 없는데 바퀴만 거의 1톤이고

아래의 무현이는 페지를 가득 싣고 1톤임

두 무현이가 똑같이 1톤짜리 수레를 끌고있는데  위의 무현이는 더 힘들어 하고 있음

왜냐하면 1톤짜리의 정지해있는 짐짝이 아닌 돌려야만 하는  "바퀴"를 돌려야 하는 입장이라서
바퀴는 회전과 이동을 같이 해서 힘이 더 많이 들음

아래 무현이는 1톤짜리 짐을 끌기만 하면 됨 (회전이 없고 오로지 이동만 함 ㅎ)

그래서 휠이 가벼우면 연비가 좋고 차가 잘나감~

그뿐만 아니라 정지시키는데도 에너지가 적게 들기 때문에 더 잘 멈춤 

휠을 가볍게 하기 위한 노력으로는 역시 재질변경이 가장 간단한 접근 방법인듯



가장 꼬진건 스틸휠임

강철은 강력해서 얇게 만들 수도 있지만 어쨌든 원하는 무게를 지탱할 정도로 휠을 만들면

다른 휠들에 비해 무거움

그리고 지나치게 강력한게 오히려 약점이 되기도 한다고 하더라
바퀴가 부딪히면 알루미늄휠은 휠이 깨져서 다른 부분이 덜 고장나는데
스틸 휠은 너무 튼튼해서 휠은 안깨지고 약간 찌그러지기만 하면서 다른 더 비싸고 중요한 부분을 ㅁㅈㅎ시킨다고 함 (카더라임 ㅎ)






보편적으로 쓰이는 것은 알루미늄 합금 휠임 

철보다 여리여리해서 두꺼워져야 하지만 어쨌든 가벼움

하지만 짱깨산 일부 사제품인 휠의 경우 오히려 스틸휠보다 무겁다고 함


뭐 구경도 못해본 말로만 들어본 휠로는 알루미늄휠보다 마그네슘 합금 휠이 있음 
줜나게 비싸다고 함 ㅎ




탄소섬유 강화 플라스틱으로 만든 휠도 있다고는 함 

아마 이것이 현존 기술로는 끝판왕 일듯 ~



재질변경외에 림폭을 줄이는 방법도 있음



아마존 재팬에서 캡쳐해옴 ㅎㅎ

일단 제품 설명에서 일본어는 모르니까 숫자만 대충 읽어보면 왼쪽꺼는 14x5.5라고 써져있고 오른쪽은 14x 4.5라고 써져있음

14는 휠의 지름이 14인치라는 뜻임

그리고 빨간 밑줄친 5.5와 4.5는 림의 너비를(단위는 인치) 의미함

림은 휠에서 가장 가장자리에서 무거운 부위이므로 이 부분이 좁다면 무게를 줄일 수 있음

단 림 폭에 따라서 끼울 수 있는 타이어의 폭도 어느정도 제한이 되기 때문에 이 부분도 고려해야 할 것임은 무슨 내 차 바퀴를 굳이 바꿀필요는 없잖아? 일게이들이 튜닝족도 아니고..아무튼 그렇다는 것임 ㅎㅎ 





3.광폭타이어와 소폭타이어

광폭타이어는 폭이 넓은타이어고 소폭타이어는 (그런 말은 잘 안쓰지만) 그냥 폭이 평범한 타이어라고 보면 됨



위의 그림은 타이어의 구조인데 무게분포는 역시 지면을 딛는 가장자리 부분이 가장 무거움

광폭 타이어라 함은 가장자리 부분이 넓어지는 것이고, 즉 가장 무거운 부분이, 회전하는 바퀴의, 가장 가장자리쪽에 추가됨

따라서 연비 저하를 가져옴

하지만 그렇다고 단점만 있는것은 아님



차가 앞으로 나아갈 수 있는 것은 마찰력 때문이고

마찰력이 높아야 안미끄러지고 잘 서고 잘 나갈 수 있음

그런데 마찰력은

마찰력 = 무게 x 표면의 상태

로 표현되는데 광폭타이어를 끼운다고 (물론 타이어무게만큼 마찰력이 늘어나긴 하겠지만...) 마찰력이 증가하는것은 절대 아님



광폭타이어가 덜 미끄러지는 원리는 압력인데

지우개를 예로 들면 모서리로 문지르면(소폭 타이어) 빨리 마모되지만

만약 지우개의 가장 넓은 면으로 문지른다면 거의 닳지 않을 것임

광폭타이어는 지우개의 가장 넓은 면으로 문지르는 것과 같은 효과임

타이어가 덜 찢겨져 나감으로써 미끌리지 않고 지면과 계속 붙어있을 수 있는 것임

그래서 더 잘 멈추는것에도 유리함



4.현가상질량과 현가하질량

이건 좀 생소한 것일 수 도 있음



차에는 현가장치라는게 있는데 쇼바라고도 하고 쇽업쇼바라고도 부르는 사진상의 그것임

이 현가장치를 기준으로 현가장치 위쪽에 있는 부분의 무게를 현가상질량 (현가장치의 충격흡수 효과를 받는 부분)

현가장치 아래쪽에 달린 부품들의 일체를 현가하질량 이라고 부름

당연히 현가하 질량에는 이 글의 주제이기도 한 바퀴도 포함되고

가장 만만하게 무게를 늘렸다 줄였다 할 수 있는 부분이기도 함




이런식으로 표현되는데 위에가 현가상질량, 아래쪽이 현가하 질량임
가운데에 있는 지그재그모양이랑 무슨 주사기 모양의 한 세트는 현가장치를 나타냄 ㅎ

이걸 좀 극단적으로 그려보면



그림에서 가운데 공통적으로 스프링(현가장치)이 있고

왼쪽에는 아스팔트 까는 로오라가위에 의자하나 덩그러니 있고 (현가하질량 >>>> 개씹넘사 >>> 현가상질량)

오른쪽에는 자전거바퀴위에 쇳덩이가 달려있는 모습임 (현가하질량 <<<<<<<개씹넘사 <<<<<<<현가상질량)

만약 두 차(?)가 뭐 과속방지턱을 밟았다거나 한다면 왼쪽 차의 탑승자는 존나게 덜렁덜렁거리다가 운지했을 것이고

오른쪽 차의 탑승자는 승차감이 나름 좋을수도 있음



현가하 질량이 가벼우면(물론 다른 서스팬션이라던지 이런 부분들도 좋아야 하겠지만)




이렇게 될 수도 있음 ㅎㅎ

이처럼 바퀴가 가벼워서 현가하 질량이 가벼워지면 승차감이 좋아질 수 있음