[車, 이것이 궁금하다]공기역학의 비밀

Q: 공기저항 줄이면 연비도 좋아지나
A: 저항계수 10% 감소하면 연비 2% 향상

[아시아경제 송화정 기자]앞으로 달려나가는 물체는 모두 공기의 저항을 받는다. 공기 저항은 속도와 직결되기 때문에 육상, 사이클, 스키 선수 등은 유니폼, 자세 등 다양한 방법을 통해 공기 저항을 줄이기 위한 노력을 기울인다.

자동차도 마찬가지다. 공기저항은 주행 안전성, 조향 기능, 고속 주행 시 소음, 차내 환기 성능, 엔진과 제동장치의 성능 등 차량의 전반적인 주행 성능과도 밀접한 연관이 있다.

과거 19세기의 자동차들은 대부분 마차 모양을 본뜬 각진 형태가 많았다. 그러나 1930년대 들어 자동차가 단순한 편한 이동수단을 넘어 더욱 빠르게 달릴 수 있게 되면서 공기저항을 덜 받는 유선형 디자인으로 변하기 시작했다. 이후 자동차 업체들은 더 빠르게 달리는 자동차를 개발하기 위해 공기역학을 연구하기 시작했다. 달리는 자동차에 영향을 주는 공기 흐름에 대해 연구하는 공기역학은 자동차의 성능 향상뿐만 아니라 연비 개선과 환경보호를 위해 매우 중요한 과제가 됐다.

공기저항은 자동차 속도의 제곱에 비례한다. 시속 80㎞에서 160㎞로 속도가 2배 올라가면 공기저항은 4배 늘어난다. 공기저항계수(Cd)는 공기의 저항을 얼마나 받는가를 나타내는 것으로, 수치가 낮을수록 공기의 저항을 적게 받는다는 뜻이다. 공기저항계수를 10% 낮추면 연비가 2% 정도 높아진다. 자동차 업체들은 공기저항을 최소화하고 부딪히는 공기를 부드럽게 흘려보내기 위해 차체를 유선형으로 제작한다. 특히 고속 주행을 하는 스포츠카 일수록 이같은 경향이 뚜렷이 나타난다. 비용이 많이 드는 엔진성능 개선이나 차체 무게 감량 대신 디자인 변화로 Cd 수치를 낮추는 것이 고성능 저연비 실현에 훨씬 효율적인 방법이다.

공기저항이 자동차의 전반적인 주행 성능에 영향을 미치기 때문에 자동차 업체들은 자동차 위로 움직이는 공기 흐름을 시뮬레이션할 수 있는 풍동 시설에 많은 투자를 한다. 풍동실험실은 거대한 터빈과 각종 센서 등 첨단기술이 집약돼 있다. 터빈을 돌려 차가 달리는 것과 같은 효과를 내고 공기저항에 따른 차의 성능과 소음, 연비 등을 측정한다. 수차례 기류 검사를 거쳐 공기 저항을 극복하는 최적의 자동차 모양을 만들어낸다. 하이브리드나 전기 등 연비를 강조한 친환경차에도 공기저항은 중요한 요소다. 연비에 영향을 미치는 것은 물론 주행가능거리를 늘리기 위해서는 공기의 저항을 줄이는 게 필수이기 때문이다.

송화정 기자 pancake@asiae.co.kr