한 세기 넘게 자동차 디자이너들을 괴롭혀온 질문입니다. 어떻게 하면 자동차를 더 빠르게 만들 수 있을까요? 본능적으로 원하는 숫자를 얻을 때까지 마력을 투입할 수 있다고 가정하지만 이는 어느 정도까지만 작동합니다. 결국, “빠름”의 정의는 자동차가 얼마나 세게 가속하는지와 도달할 수 있는 최고 속도 이상으로 확장됩니다. 그렇지 않으면 슈퍼카는 드래그 카와 더 유사할 것입니다. 오히려 슈퍼카를 빠르게 만드는 것은 출력 대 중량 비율과 접지력이라는 두 가지 요소의 조합입니다.
중량 대비 출력 비율은 자동차가 얼마나 빨리 속도를 낼 수 있고 얼마나 쉽게 그 속도를 유지하는지에 영향을 미치며, 접지력은 자동차가 도로에 얼마나 잘 붙는지를 반영하고 공기 역학 및 타이어와 같은 요소의 영향을 받습니다. 두 가지 요소를 모두 결합하면 직선 도로에서는 빠르고 코너에서도 속도를 유지하는 자동차가 탄생합니다. 빠른 슈퍼카는 설계상 일반 자동차보다 중량 대비 출력 비율이 낮을 뿐만 아니라 기능성 전면 및 후면 윙, 후면 디퓨저, 접지력을 높이기 위한 넓은 타이어와 같은 에어로 부품도 갖추고 있습니다. 이 모든 것이 정교한 시스템과 현대적이고 견고한 섀시와 결합되어 Caterham Seven과 같은 특정 특수 기계를 제외하고 오늘날 대부분의 슈퍼카의 레시피를 구성합니다. Caterham Seven은 그 모든 위대함에도 불구하고 공기역학적 효율성 측면에서 놀랍게도 최악의 자동차 중 하나입니다.
물론 그 뒤에 숨어 있는 실제 물리학은 그보다 훨씬 더 미묘합니다. 예를 들어, “더 많은 힘이 더 빠를수록 더 빠르다”는 명백한 사실을 넘어 무게와 힘이 자동차의 속도를 어떻게 결정합니까? 마찬가지로 큰 타이어, 공기역학적 장치, 낮은 무게 중심이 어떻게 그 추진력을 전달하는 데 도움이 될까요?
중량 대비 출력 비율과 균형이 중요한 이유
모든 자동차에는 마력이 필요하지만 슈퍼카는 (보통) 일반 자동차보다 더 큰 출력과 더 큰 엔진을 탑재하여 한 단계 더 발전합니다. 표면적으로는 충분히 단순해 보입니다. 하지만 그렇게 간단하지는 않습니다. 이렇게 생각해보세요. 세계에서 가장 큰 피스톤 엔진은 100,000마력 이상을 생산하지만, 이 엔진이 구동하는 화물선의 속도는 슈퍼카 속도의 일부에 불과합니다. 마찬가지로 일부 고부하 대형 장비는 일부 슈퍼카와 거의 동일한 전력을 생산하지만 전혀 빠르지 않습니다. 왜냐하면 이 차량들은 모두 훨씬 더 무겁기 때문입니다.
Lotus의 창립자인 Colin Chapman 경의 유명한 명언이 있습니다: “단순화하고 가벼움을 더하라.” 이 공식은 1950년대와 1960년대에 걸쳐 계속해서 승리를 거두며 Lotus를 뛰어난 모터스포츠 제작사로 굳건히 굳혔고 나중에 Elise 및 Exige와 같은 Lotus 스포츠카에 영향을 미쳤습니다. 간단히 말해서, 밀기 위한 무게가 줄어들면 엔진이 만드는 마력이 증폭됩니다. 작은 차를 밀어내는 데는 거대한 엔진이 필요하지 않습니다. 이것이 바로 슈퍼카가 애초에 빠르게 움직이는 이유입니다. 물론, 더 큰 출력은 좋지만 무게도 방정식의 중요한 부분입니다.
그 무게를 어디에 두는지도 중요합니다. 경주용 자동차와 마찬가지로 슈퍼카는 지면에 가깝게 주행하여 무게 중심을 낮추고 자동차의 균형을 유지합니다. 엔진은 일반적으로 상당히 무겁고 핸들링에 영향을 미칠 수 있으므로 엔진 배치도 중요합니다. 그렇기 때문에 엔진이 뒤쪽에 있는 포르쉐는 오버스티어되는 경향이 있고 앞쪽에 무거운 자동차는 언더스티어되는 경향이 있습니다. 대부분의 최신 슈퍼카는 미드 엔진 레이아웃을 갖추고 있어 플랫폼에 이상적인 전후 중량 균형을 제공합니다.
코너에서 더 빨라진다
코너링 시 균형과 무게도 중요합니다. 던져야 할 질량이 적으면 자동차가 더 잘 회전합니다. 이는 기본적인 뉴턴 물리학입니다. 자동차의 질량은 직선으로 계속 움직이기를 원하므로 타이어는 자동차의 질량을 동축으로 회전시켜야 합니다. 이는 슈퍼카가 잘 돌아가려면 필연적으로 좋은 타이어와 튼튼한 섀시가 있어야 함을 의미합니다.
그러나 이는 빙산의 일각에 불과합니다. 이제 공기역학에 대해 알아보겠습니다. 간단히 말해서, 자동차가 더 빨리 움직일수록 더 많은 공기가 방해가 되지 않는 곳으로 이동해야 합니다. 그 공기 중 일부는 항력이 되어 자동차가 더 빨리 움직이는 것을 방해합니다. 항력을 최소화한 차체는 자동차가 공기를 가르며 작은 항적을 남기게 하여 더 높은 최고 속도를 제공합니다. 슈퍼카가 이런 모양으로 만들어지는 이유도 바로 이 때문입니다.
공기역학의 두 번째 핵심 구성 요소는 항력이 아니라 다운포스에 있습니다. 뚜렷한 프론트 및 리어 윙, 디퓨저, 카나드와 같은 보다 공격적인 공기역학적 요소는 모두 자동차를 땅에 밀어 붙이는 데 도움이 됩니다. 더 많은 힘으로 아래로 밀수록 더 빠르게 코너링할 수 있습니다(일반적으로 최고 속도는 상쇄됩니다). 그렇기 때문에 많은 현대 슈퍼카에는 확장 가능한 날개와 같은 이동식 공기 역학적 장치가 있습니다. 이러한 장치는 차량의 속도를 유지하기 위해 확장되고 직선에서 더 나은 공기 역학적 효율성을 위해 접혀집니다. 일부는 또한 더 많은 다운포스를 위해 차량을 지면으로 빨아들이는 지면 효과를 활용합니다. 좋은 예로는 다운포스를 제공하고 항력을 줄이는 비밀 팬 쌍을 갖춘 McLaren F1과 GMA T.50 팬카가 있습니다.
