한 가지 짚고 넘어가자면, 우리는 자동차에 발사된 총알이 물에 발사된 총알과 공통점을 갖고 있다는 것을 말하는 것이 아닙니다. 오히려 우리는 총알의 모양에 대해 이야기하고 있으며, 그것이 오늘날 자동차가 항력을 줄이기 위해 일반적으로 특정 모양을 따르는 이유와 어떻게 관련되는지에 대해 이야기하고 있습니다.
현대 자동차의 디자인이 모든 사람의 마음에 들지 않을 수도 있지만 한 가지 확실한 사실은 현대 자동차가 클래식 자동차보다 공기를 가르는 데 거의 항상 더 뛰어나다는 것입니다. 물론, 클래식 자동차는 상징적인 외관을 갖고 있으며 일상적인 운전자로서 실용적일 수도 있지만 연비 측면에서는 얻을 수 없습니다(1세대 Honda Insight 또는 90년대 초반 Civic이 아닌 이상). 대부분의 오래된 자동차는 두 가지 이유로 특별히 효율적이지 않습니다. 구식 엔진 기술과 최고 속도를 제한하는 공기 역학입니다. 여기서 우리가 집중할 것은 후자입니다.
Mythbusters 에피소드를 시청한 분들은 총알이 물에 닿으면 어떤 일이 일어나는지 이미 알고 계실 것입니다. 에너지는 빠르고 때로는 격렬하게 소멸되어 총알의 속도를 극적으로 늦추거나 완전히 산산조각냅니다. 비슷한 일이 공중에서도 일어납니다. 물 속에서 움직이지 않는 동안에도 자동차는 A 지점에서 B 지점으로 이동하기 위해 공기 속을 헤쳐 나가야 합니다. 이 운동에 반대되는 힘을 다음과 같이 부릅니다. 견인. 드래그는 총알이나 자동차 등 공기를 통해 이동하는 모든 것에 영향을 미칩니다. 사실, 장거리 이동을 위한 총알의 설계 구조는 자동차 설계 방식과 크게 다르지 않습니다.
이제 본격적으로 물리학을 살펴보고 공기 역학과 항력이 자동차의 외부 디자인에 어떻게 영향을 미치는지 설명하겠습니다.
공기를 가르기 위한 최적의 형상
대부분의 자동차 팬은 이상적인 공기역학적 형태로 간주되는 눈물방울 모양에 이미 익숙할 것입니다. 완벽한 익형은 동일한 표면적을 가진 평판보다 항력 계수가 거의 30배 적습니다. 즉, 공기가 평판을 약 30배 더 효과적으로 뒤로 밀어냅니다. 즉, 두 자동차의 정면 면적이 동일하고 하나는 벽 모양이고 다른 하나는 눈물 모양이라면 눈물 모양 자동차가 훨씬 더 효율적으로 운동량을 전달할 것입니다.
쐐기처럼 공기를 가르는 것이 아니라(공기를 가르는 데 도움이 되지만) 대신 자동차가 움직일 때 뒤에 생성되는 항적을 낮추는 것입니다. 예를 들어, 일부 총알을 보면 특정 예가 실제로 원뿔 모양이 아니라는 것을 알 수 있습니다. 뒤쪽이 가늘어집니다. 보트테일 총알로 알려진 이 디자인은 웨이크라고 불리는 총알 뒤에서 느리게 움직이는 공기 주머니를 최소화합니다.
그러면 자동차 측면에서 웨이크란 무엇입니까? 간단히 말해서, 자동차는 어디든 갈 수 있도록 공기를 이동시켜야 하며, 그 정도는 상식입니다. 항적은 공기가 그 틈을 다시 채우기 전에 차 뒤에 있는 것입니다. 그 항적은 차를 뒤로 끌기를 원합니다. 즉, 운전하면서 차와 싸우게 된다는 뜻입니다. 따라서 효율적인 디자인을 구축하는 자동차 제조업체는 리어 디퓨저와 같은 특수 공기역학적 장치를 구현하여 보트테일 총알처럼 웨이크를 축소하여 최소화합니다.
자동차 제조업체가 항력 계수와 항적을 최소화하는 방법
이제 우리는 원리적으로 형태가 어떻게 작동하는지 알았으니, 자동차 제조업체는 현대 자동차를 조각하기 위해 이 지식을 정확히 어떻게 사용합니까? Jeep Wrangler나 분명히 효율성을 위해 설계되지 않은 것에 대해 이야기하고 있지 않다고 가정할 때, 자동차 제조업체는 우리가 이야기했던 항적을 최대한 제거하고 리프트와 같은 효과에 대응하여 항력을 낮추는 데 우선순위를 둡니다. 이는 프론트 립 및 리어 디퓨저와 같은 차체 하부 요소 추가, 지상고 낮추기, 리어 윙과 같은 장치 최적화 등 다양한 수단을 통해 달성됩니다.
오늘날의 제조업체는 컴퓨터, 능동형 공기역학 기술 및 사후 판단의 가장 중요한 이점을 활용하여 자동차를 설계합니다. 그러나 속도가 증가할수록 공기를 가르는 것이 기하급수적으로 어려워진다는 물리 법칙을 거스를 수는 없습니다. 그렇기 때문에 양산차가 시속 300마일의 장벽을 넘는 것이 매우 어렵습니다. 이러한 속도에서는 미세한 세부 사항이 훨씬 더 중요합니다.
그럼에도 불구하고 일반적인 고속도로 속도 영역에는 동일한 원칙이 여전히 적용됩니다. 이것이 바로 주행 거리를 우선시하는 자동차 제조업체가 자동차에 공기 역학적 휠 커버를 장착하는 이유입니다. 이는 범위에 몇 마일이 더 추가되고 합산된다는 것을 의미하는 작은 미적 절충입니다. 이는 이상적으로 항력 계수가 뛰어난 자동차가 폭스바겐 XL-1이나 현재 세대의 토요타 프리우스처럼 부드러운 눈물방울과 비슷하다는 것을 의미합니다. Hypermilers는 때때로 공기 역학적 휠캡부터 수제 눈물방울 모양의 차체에 이르기까지 자동차에 유사한 개조 작업을 수행합니다.
