공기저항과 슬립스트림의 이해
F1이나 기타 자동차 레이스를 보면 뒷차가 앞차를 바짝 붙어가는것을 쉽게 볼수 있습니다. 이는 보통 심리적인 압박내지는 조금이라도 빨리 달리려는 경쟁이라고 생각하기 쉽습니다. 그리고 자동차 레이스에 관심이 없는 사람이라면 옆에서 달리면 되지 왜 굳이 앞이 보이지 않는 뒤를 따라가는가 라고 의아해 할수도 있습니다. 그러나 여기에는 공기역학과 같은 종류의 과학적인 테크닉이 있습니다.
공기저항(Air Resistance)
자동차는 달릴때 지면을 박차고 나가는 일 이외에 공기를 가르는 일도 필요합니다. 공기를 가르며 달릴때 생기는 저항이 공기저항인데 이 공기저항이 높으면 자동차의 연비, 가속력, 심지어는 승차감이나 진동에서도 성능이 그만큼 떨어지게 마련이지요. 이 공기저항을 수치로나타낸것이 공기저항계수(Drag Coefficient)이고 단위는 'cd' 입니다.
공기저항은 속도가 높으면 더욱 커지게 마련인데, 자동차가 주행중에 받는 공기저항은 창밖으로 손을 내밀었을때 느껴지는 저항의 약 100배에 달한다고 하니 엄청난 저항이 아닐수 없습니다. 실제로 고성능 자동차의 경우 고속에서는 이 공기저항을 이기기위해 자동차가 내는 출력 대부분이 쓰인다고 합니다
그래서 각 자동차메이커는 이 공기저항계수를 줄이려고 노력하고있고 이것은 아직도 풀어야할 숙제로 남아있습니다.
슬립스트림이란?
slip·stream〔
〕 n.
1【항공】 (프로펠러의) 후류(後流) 《프로펠러에 의해 뒤로 밀리는 기류》
2 (자동차의) 슬립 스트림 《고속 주행중의 경주 자동차의 뒤에 생기는 저압(低壓) 부분》
〕 n.1【항공】 (프로펠러의) 후류(後流) 《프로펠러에 의해 뒤로 밀리는 기류》
2 (자동차의) 슬립 스트림 《고속 주행중의 경주 자동차의 뒤에 생기는 저압(低壓) 부분》
자동차가 달릴때 공기를 가르며 달리기때문에 앞부분에는 공기들이 압축되어 고기압대를 형성합니다. 이 고기압은 팽창하려는 성질이 있기때문에 무엇이든 상관하지않고 밖으로 밀어려고 합니다.
반대로 차량 뒷편에서는 공간적인 개념으로 볼때 항상 자동차가 지나고 난 직후이기 때문에 자동차가 있던자리에서 차가 빠져나가면 순간적으로 진공상태가 되고 이내 공기들이 이 저기압대로 빨려들어가게 됩니다. 이런 차량 뒷부분의 저기압 영역이 바로 슬립스트림입니다.
자동차가 달릴때는 이렇게 앞쪽에서 밀어내는 고기압, 뒤쪽에서 당기는 저기압과 싸우며 달리는것입니다.
레이스에서 슬립스트림?
바로 이 고기압대와 저기압대를 이용한 기술이 있습니다. 바로 이글 첫부분에 언급한상황에서 사용되는 앞차를 따라가는 기술입니다. 사전적의미에서는 슬립스트림이 차량 후면에 생기는 저기압영역을 말하지만 자동차레이스에서는 앞차의 뒤를 따라가면서 밀어내려는 고기압 영역을 없애고, 공기저항을 줄이는 '기술'을 말하기도 합니다.
상대적으로 감속을 해야하는 코너링시에는 이 기술이 의미가 없겠지만 코너를 빠져나온 직후 최고속을 내야하는 직선주로라면 이 기술을 사용하여 다음 코너 앞 직전에서 추월할때 제법 효과가 큽니다.
이는 극지방에서 언 바다를 항해할때 언 바닷물을 깨면서 갈수있는 '쇄빙선'의 뒤를 따라가는 그림으로도 연상됩니다.자동차 레이스에서는 1/1000 초단위의 싸움이기에 공기저항을 줄이고 속력을 높이는 슬립스트림은 중요한 요소로 사용되고 있습니다.
드래프트(Draft)
위에서 언급한 바와 같이 차량 뒤쪽에 바짝 붙어가며 마치 쇄빙선 뒤를 따라가듯 공기저항을 줄이고 달리는데 그런데 여기서 재미있는 상황이 한가지 발생합니다.
앞서 말한대로 차량 앞쪽은 고기압대가 무엇이든 밀어내려고 하고 차량 뒷편에서는 무엇이든 빨아들이려는 성향을 보입니다. 이때 앞선 차량의 뒤를 따라 붙는다면 앞 차량 뒷편의 저기압대는 뒤에서 따라가는 차도 잡아당기게 되는 것입니다. 결국 앞차가 뒷차를 견인하는 꼴이 나는것입니다. 이것이 바로 드래프트(Draft)입니다.
실제로 카레이서들은 스립스트림과 드래프트 이용시 차가 앞으로 쑥 빨려들어가는 느낌을 받는다고 말하기도 합니다.
이러한 현상은 보통 시속 100km 이상일 경우에 발생합니다.
draft│draught〔, │〕 n., a., v.
━ n.
1 밑그림, 초고;초안;설계도, 도면
a draft copy 초고
2 틈새 바람, 외풍;통풍;통풍 장소[장치], 통풍공
3 (단숨에) 마시기;(한 번) 마시는 양;[보통 draught] 흡인(吸引), (물약 등의) 1회분;(들여마신) 한 번의 공기[연기 《등》]
4 《영》 분견대, 특파 부대;《호주》 떼에서 분리한 가축 무리
5 《미》 징병, 징모, 모병
6 (차·짐 등을) 끌기;견인량(量)
7 [보통 draught] 한 그물의 어획량
8 [보통 draught] (그릇에서 그릇으로) 따르기, (주류를) 통에서 따르기
beer on draft (통에서 따른) 생맥주
9 환어음, 수표 《특히 은행의 한 지점에서 다른 은행 앞으로 보내는》, 지불 명령서; 어음 발행, 환으로 만들기;(상품 화물의) 총량에 대한 감량
10 [U.C] 【항해】 (배의) 흘수(吃水)
11 [draughts] 《영》 체커(의 말)(cf. CHECKERS)
12 [the draft] 【스포츠】 드래프트제 《신인 선수 선발 제도》 ★ 《영》에서는 1,4,9를 제외하고서는 draught를 씀.
━ n.
1 밑그림, 초고;초안;설계도, 도면
a draft copy 초고
2 틈새 바람, 외풍;통풍;통풍 장소[장치], 통풍공
3 (단숨에) 마시기;(한 번) 마시는 양;[보통 draught] 흡인(吸引), (물약 등의) 1회분;(들여마신) 한 번의 공기[연기 《등》]
4 《영》 분견대, 특파 부대;《호주》 떼에서 분리한 가축 무리
5 《미》 징병, 징모, 모병
6 (차·짐 등을) 끌기;견인량(量)
7 [보통 draught] 한 그물의 어획량
8 [보통 draught] (그릇에서 그릇으로) 따르기, (주류를) 통에서 따르기
beer on draft (통에서 따른) 생맥주
9 환어음, 수표 《특히 은행의 한 지점에서 다른 은행 앞으로 보내는》, 지불 명령서; 어음 발행, 환으로 만들기;(상품 화물의) 총량에 대한 감량
10 [U.C] 【항해】 (배의) 흘수(吃水)
11 [draughts] 《영》 체커(의 말)(cf. CHECKERS)
12 [the draft] 【스포츠】 드래프트제 《신인 선수 선발 제도》 ★ 《영》에서는 1,4,9를 제외하고서는 draught를 씀.
사전적의미로 볼때 드래프트는 6번에 해당하겠습니다.
일상주행에 적용
이 슬립스트림에의한 드래프트현상을 일상주행에서 이용하면 고속도로와 같은 고속주행시 앞차를 뒤따라갈때 가속능력도 좋아지고 연비도 향상되는 것을 생각해 볼수 있습니다.
실제로 디스커버리채널에 호기심해결 프로그램에서 실험한결과 연비가 50%~70% 까지 향상되는 결과가 나오기도 했습니다. 이때 너무 바짝 붙어 따라가도 오히려 떨어지고 적정거리를 유지하는것이 가장 좋은데, 보통 10M의 거리를 두면 연비가 20%정도 상승, 25M ~35M 정도 유지하면 50%이상 상승하게 되는 결과가 나왔습니다
양날의 검 - 슬립스트림
여기서 또하나 문제가 발생합니다. 앞차가 감속하면 뒷차도 당연히 감속을 하는데 이때도 뒷차는 앞차 후면의 저기압대로 인해 빨려들어가는 드래프트현상이 계속 유지된다는 점입니다. 그래서 뒷차는 상대적으로 감속능력이 떨어집니다. 브레이크의 성능을 불문하고 평소의 감각으로 브레이킹을 했다간 앞차로 빨려들어가 추돌할수 있다는 것입니다. 그래서 레이싱에서는 감속즉시 바로 옆으로 비켜 슬립스트림영역을 벗어나 감속을 합니다.
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