공기역학은 무엇보다도 자동차의 최고 속도와 연비에 영향을 미치므로 자동차 제조업체는 차량을 공기역학적으로 최대한 “미끄럽게” 만들려고 노력합니다. 미끄러운 자동차는 공기를 가르는 데 더 적은 노력이 필요하며, 더 적은 노력으로 연료 사용량이 줄어듭니다. 이는 좋은 것입니다.
그러나 디자인이 얼마나 공기 역학적인지에 관계없이 물리학 법칙에 따르면 공기 역학자들은 그 정도만 할 수 있습니다. 결국 마찰은 피할 수 없으며, 우리가 할 수 있는 일은 마찰이 연비에 미치는 영향을 최소화하는 것이지 제거하는 것이 아닙니다. 불행하게도 이는 약간의 바람이라도 mpg에 큰 타격을 줄 수 있음을 의미합니다. 예를 들어 시속 5마일의 역풍 속에서 운전하면 연료 사용량이 10% 이상 증가합니다.
이것을 이해하려면 간단한 연산이 필요합니다. 차량의 속도, 풍속을 알아야 하고 기본 MPG 수치가 있어야 합니다. 이는 타이어의 구름 저항, 드라이브트레인 손실 및 나머지를 구성하는 기타 요인과 함께 차량에 작용하는 총 저항의 약 절반을 차지합니다. 여기서는 공기역학에 초점을 맞추지만 계산에서는 이를 고려해야 합니다. 계산기가 준비되어 있습니다!
바람이 연비에 미치는 영향
차량의 연비(mpg)가 낮아지는 데에는 기계적 이유가 있지만 바람은 상상하는 것보다 더 큰 영향을 미칩니다. 이것의 대부분은 공기 역학적 항력이 속도의 제곱에 따라 증가한다는 한 가지 사실에 기인할 수 있습니다.
이를 염두에 두고 계산을 진행할 수 있습니다. 좋은 고속도로에서 시속 50마일로 달리고 있다고 가정하여 시작해 보겠습니다. 이제 사진에 시속 5마일의 역풍을 추가하고 어떤 일이 일어나는지 살펴보겠습니다. 두 수치를 더해 총 대기 속도 55mph를 얻을 수 있습니다. 그러나 우리는 이미 공기 역학적 항력이 속도의 제곱만큼 증가한다는 사실을 확인했기 때문에 이 5mph 바람은 무게보다 큰 힘을 발휘할 것입니다. 마지막으로 기본 MPG 수치를 추가해야 합니다. 미국 에너지부에 따르면 미국 자동차의 평균 mpg는 약 25입니다. 우리는 그걸로 굴릴 것입니다.
첫째, 추가 5mph가 공기역학적 항력에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다. 우리는 두 숫자를 모두 제곱하여 이를 수행합니다. 50mph에서는 2,500을 얻습니다. 55mph에서는 3,025까지 상승합니다. 두 수치를 나누면 공기역학적 항력이 이전보다 1.21배, 즉 21% 더 높아진 것을 알 수 있습니다. 그러나 공기역학적 항력은 전체 저항의 약 50%를 차지하므로 해당 증가의 절반만 전체 수치에 적용되어 총 증가는 약 10.5%입니다.
본질적으로 이는 5mph 역풍에서 10.5% 더 많은 연료를 사용한다는 의미입니다. 예를 들어, 25mpg에서 4갤런을 소비하는 무풍 100마일 여행은 5mph의 미풍과 함께 4.42갤런을 사용하여 연료 효율을 22.62mpg(100/4.42)로 떨어뜨립니다.
