데.일.리.카.창.간.10.주.년
login
LOGIN
데일리카 ID가 없으신 분은 회원가입 후 이용해 주십시오.
 회원가입     아이디찾기 
회원 ID
패스워드
칼럼
[구상 칼럼] 아름다운 자동차와 공기역학적 디자인의 상관 관계Lamborghini
2018-02-05 08:43
[포토기사]   512       
[사진] 람보르기니, 아벤타도르 S


요즈음에는 스포츠카(sports car) 라는 말은 그다지 낯설지 않다. 페라리, 람보르기니, 마세라티 등등 유명한 ‘슈퍼카’들이 모두 국내에서 팔리고 있는데다가, 어떤 동네(?)에 가면 길을 가다가도 심심찮게 그런 차들과 맞닥뜨리게 되기 때문이다.

대개 이런 스포츠카라고 하면 우리가 연상하는 것은 “빨간색이며 날렵하고, 더러는 지붕이 열리고 닫히는 소위 오픈카(open car)이기도 한 멋진 차”이다. 정도의 차이는 있을지언정 그런 모습은 스포츠카의 공통적인 모습들이다.

그런데 주목할 만한 사실은 성능이 아무리 좋아도 ‘멋’ 이 없다면 스포츠카가 되기 어렵다는 것이다. 그렇다면 성능은 기가 막힌 데 멋은 없는 차, 그런 차가 있을까?

그게 바로 경주용 차(racing machine)이다. 그런데 사실 경주용 차는 멋이 없는 것이 아니라, 멋을 내지 않은 것일지도 모른다. 그렇지만 자동차 경주에 심취해 있는 분들이라면, 멋이 없다는 필자의 말에 “뭐? 경주용 차가 멋이 없다고? 그게 무슨 자다가 봉창 뜯는 소리냐?”라며 벌컥 화를 낼지도 모른다.

[사진] 슈퍼카 람보르기니 우라칸


맞는 말이다. 경주용 차들은 멋이 없는 것은 아니다. 실제로 보면 정말로 멋있다. 이쯤 되면 독자들은 “도대체 왜 이랬다 저랬다 하지?”라고 필자의 변덕에 고개를 가로저으며 궁금해 하거나 고개를 갸웃거릴 지도 모른다.

앞서 잠깐 이야기 한 ‘슈퍼카’ 들이 멋있다는 사실에 찬성하지 않는 사람은 아마 거의 없을 것이다. 날렵한 차체에 환상적인 컬러, 거리를 압도하는 특유의 카리스마, 말초 신경을 자극해서 질주본능의 피를 끓게 하는 엔진 소리까지….

정말로 시각, 청각, 후각, 그리고 경우에 따라서는 촉각에 이르기까지 우리의 모든 감각기관을 뇌쇄(惱殺) 시키는 ‘막강한 멋’을 가지고 있기 때문이다.

그런데 한편으로 현란한 차체 도색과 수없이 많이 붙은 스폰서 상표들, 비행기를 무색하게 하는 거대한 날개와 타이어, 그리고 가슴을 뒤흔드는 천둥 치는 듯한 배기음으로 인해 경주용 차는 좌중을 사로잡는 마력(魔力; magical power)을 가진, 그야말로 멋있는 모습이 아닐 수 없다.

[사진] F-1 포뮬러 레이싱 머신


그런데 여기에서 한 번 더 가만히 생각해 보면 이들 두 종류의 ‘차’, 슈퍼 스포츠카와 경주용 차가 가진 멋은 약간 다른 것 같기도 하다. 그렇다면 이들의 서로 다른 멋의 실체는 무엇일까?

모형제작을 취미로 하는 사람들 중의 상당수는 비행기나 미사일, 탱크 같은 공격용 무기 특유의 매력에 빠져서 취미생활을 시작한 사람들이 적지 않을 것이다.

실제로 비행기와 같은 무기들은 그 첨단성과 치밀한 구조가 멋있어 보이지만, 거기에는 환상적인 컬러도, 번쩍이는 엠블렘도 없다. 그럼에도 멋있다는 느낌을 받는 이유가 무엇일까?

그것은 바로 디자인(design)과 스타일(style)의 차이 때문이다. 디자인과 스타일, 이들은 일견 같은 것을 말하는 것처럼 보이기도 하지만 이들 두 가지는 절대 같지 않다. 물론 이들 두 개념에는 모두 ‘형태’를 다룬다는 의미가 들어있는데, 서로 약간 다른 관점을 가지고 있다.

[사진] Lockheed Martin F-22 Raptor


즉, 디자인은 구조를 포함한 형태의 개념의 것이라고 설명될 수 있는 반면, 스타일은 단지 표면에 드러나는 형태를 중심으로 보는 관점이라고 할 수 있다.

이를테면 사람의 얼굴에는 두 개의 눈, 하나씩의 코와 입 그리고 한 쌍의 귀가 있다는 설명이 디자인의 관점이라면, 반대로 사람의 얼굴 중에서 똑같은 생김새는 하나도 없다는 설명은 스타일의 관점으로 보는 것이다.

이들 두 개의 관점이 모두 형태를 다룬다는 것에서는 같지만, 형태를 구분하거나 판단하는 방법이나 개념에서는 확연한 차이를 보인다. 자, 이제 ‘멋있는 무기’와 ‘멋있는 스포츠 카’의 차이가 어느 정도 이해될 법도 하다.

다시 말해 높은 성능을 내기 위해 치밀한 구조를 가진 비행기는 ‘멋있는 디자인’이 될 수 있다. 그런 이유에서 경주차의 모습을 보면 어쩌면 비행기에서 멋을 느끼는 것과 비슷한 이유에서 비슷하게 멋있다는 생각을 하게 되는 것인지도 모른다.

[사진] Lockheed F-117 Nighthawk


그런데 많은 종류의 경주차 중에서도 대량생산되는 보통의 승용차를 바탕으로 개조한 것은 ‘레이싱 카(racing car)’ 라고 불린다. 실용성을 가진 승용차(car)를 개조해 만들어진 것이기 때문일 것이다.

그렇지만 F-1이나 인디 500 경기에 나가는 차 정도가 되면 ‘일상적 기준의 실용성’은 전혀 없는 것은 물론이고, 형태도 판이하게 다르므로 이것을 ‘카(car)’라고 부를 수는 없다.

타고 내리는 절차와 방법, 운전 방법, 그리고 성능과 구조 등이 모두 한가지의 목표, 빨리 달리는 효율성에 맞추어져 있으므로, 이것은 문자 그대로 ‘기계(machine)’이다. 그래서 이들은 레이싱 머신(racing machine)이라 불린다. '기계' 로서의 레이싱 머신에서 빠질 수 없는 것이 기계적 효율이다.

이와 같은 기계적 효율의 개념은 엔진의 출력이나 타이어의 성능과 같은 물리적 성능에 의해서도 나오지만, 차체의 공기역학적 설계와 같은 요인에 의해서도 만들어진다.

[사진] 포드 피에스타 WRC 레이싱카


그런 이유에서 경주용 차량의 디자인에서 공기역학은 심미성보다는 기능과 직접 관련된 본질적인 문제이며, 이것은 결국 비행기의 기체 형태와 같은 맥락으로 보아야 하는 ‘디자인’의 문제라고 할 수 있을 것이다.

자동차가 주행 중에 받게 되는 힘은 차체의 각 방향의 중심축에 작용하는 힘과 모멘트(moment; 움직임)로서 표현된다, 이 축은 차체의 방향에 대하여 X, Y, Z로 나눈다.

중심에 작용하는 힘은 항력(抗力, drag force: 자동차 진행 방향의 반대 방향으로 작용하는 힘, 그림의 X축 방향), 양력(揚力, lift force: 차체의 위 쪽 방향으로 작용하는 힘, 그림의 Y축 방향), 횡력(橫力, side force: 옆 방향으로 작용하는 힘, 그림의 Z축 방향) 등이다.

모멘트(moment)에는 종 모멘트(縱, pitching moment: 중심을 좌우로 지나는 Z축을 중심으로 상하로 회전하는 방향의 움직임), 횡 모멘트(橫, rolling moment: 중심을 전후로 통하는 X축을 중심으로 좌우로 흔들리는 작용을 하는 움직임), 수평 모멘트(yawing moment: 중심을 상하로 통하는 Y축을 중심으로 좌우로 회전 작용을 하는 움직임) 등 모두 여섯 개가 있다.

[사진] 공기 역학의 6분력


그렇지만 이들 힘과 모멘트는 개별적으로 작용하지 않고 복합적으로 작용한다. 이들을 가리켜 공기역학의 6분력(分力) 이라고 이야기한다.

대체로 시속60㎞ 이상의 속도에서부터 차체에 작용하는 저항력이 급격히 증가하는데, 이러한 저항력은 연비, 최고속도, 가속성능 등에 큰 영향을 준다. 따라서 공기 흐름에 의해서 만들어지는 저항을 감소시키기 위해서는 차체 높이는 낮고 깔끔한 형태로 디자인해야 한다.

자동차가 고속으로 주행하면 차체 표면에 유도저항(誘導抵抗)이 생기는데, 그것은 차체가 떠오르는 양력(揚力)이 발생할 때 부수적으로 생기는 저항이다.

실제로 차체면은 매끈하게 만들어져 있지만, 차체의 아랫부분은 엔진이나 서스펜션 부품 등으로 복잡한 형상을 하고 있다. 그래서 위로 흐르는 공기는 빠르며 압력은 낮고, 아래쪽의 흐름은 늦고 압력은 높다.

[사진] 포드 르망 24시 내구 레이싱 머신


이것 때문에 차체가 떠오르게 되고, 자체의 뒷면에서는 와류(渦流, 소용돌이)가 작용한다. 이 와류로 인해 차체를 지나가는 공기흐름이 뒤쪽으로 나가면서 차체를 끌어당기는 효과를 발생시키게 되고, 양력의 증가와 함께 유도저항도 증가한다.

특히 차체 뒷면에서 공기가 떨어져 나가는 부분에서 소용돌이가 많이 생기고, 그로 인해 저항이 커진다. 그래서 오히려 뒷부분을 직각에 가깝게 급격하게 끊어낸 형태의 캄 테일(Kamm Tail)이 저항 감소에 효과적이기도 하다. 이것은 공기가 떨어져 나갈 때 소용돌이가 오히려 적게 생기기 때문이다.

이러한 이론에 입각해 범퍼 모서리를 날카롭게 만드는 것이 전체의 저항을 줄이는데 더 유리하다. 또한 차체 밑바닥을 평평하게 정리해주는 작업이 필요하다. 바닥의 형상을 플러쉬(flush)화 시키고 복잡한 부품을 커버로 덮으면 양력의 감소와 함께 실내소음 감소의 효과도 얻을 수 있다.

자동차 차체 스타일에서는 공기저항계수가 같더라도 곡선적 형태의 것이 있을 수 있는 반면에, 면을 밀고 당기는 긴장감의 변화를 통해 날카롭게 모가 난 형태의 차체 디자인도 있을 수 있다. 그러므로 사실상 공기역학 특성에서 좋은 결과를 가진 감성적 디자인을 얻기 위해서는 감성을 충분히 표현하려는 디자이너의 발상이 차체 스타일 단계에서 가장 중요하다.


[사진] 날카로운 범퍼 모서리가 공기역학적으로 유리함


자동차의 효율화 추세 속에서, 공기역학은 감성적인 동시에 효율 높은 차체 스타일을 만드는 데에 더욱 더 중요한 요소가 될 것이다. 그렇지만 공기역학적 디자인은 저항계수를 낮추는 것이 자동차 디자인에서 최종의 목적이 아니라, 모두가 타고 싶어할 정도로 멋진 드림카의 모습이 현실로 실현되도록 하는 수단으로 활용하느냐에 달려있는 문제이다.

잠깐 언급한 캄 테일(Kamm Tail)은 독일의 공기역학 연구자 브니발트 캄(Wunibald Kamm, 1893~1966)의 연구 결과에 따라, 차체 뒤쪽을 마치 직각으로 잘라낸 듯한 형태와 날카로운 모서리로 만들면 차체 뒤쪽에서의 소용돌이의 발생을 크게 줄여 전체적인 공기저항계수를 낮출 수 있다. 이러한 형태를 지칭하는 용어로 사용되는데, 캠 백(Kamm Back) 이라고도 부른다.

그러나 공기역학적 형태는 그 자체로 모든 문제를 해결하지는 못한다. 아무리 공기역학적인 형태라고 해도, 아름답지 않다면 효율적인 디자인일지언정, 우리들이 갖고 싶어하는 차는 아니기 때문이다. 결국 공기역학적인 디자인도 효율적이면서도 우리들 모두가 갖고 싶어하는 멋진 차를 만들기 위한 방법 중의 하나이다.

[사진] 차체 바닥을 편평하게 정리하면 공기역학에 유리함


[사진] 애스턴 마틴 DP215 (캠 백 형태. 1963)


구상 국민대학교 자동차·운송디자인학과 교수   koosang@kookmin.ac.kr


클래스가 다른; 자동차 뉴스 채널 데일리카 http://www.dailycar.co.kr
본 기사를 이용하실 때는 출처를 밝히셔야 하며 기사전재 및 재배포를 금합니다.
  • [TV 데일리카] 시뇨라 르노삼성 사장..“올해 내수 10만대 판매·클리오 투입”
  • 기아차, 신형 K9 티저 공개..웅장하면서도 유니크한 디자인 감각
  • 기아차가 K3에 적용한 ‘스마트스트림’의 보증을 연장한 배경은?
  • BMW, 제네바모터쇼서 뉴 X4 세계 최초 공개 계획..특징은?
  • 트럼프 美 대통령, “군산공장 디트로이트로 돌아올 것”..그 말의 의미는?
  • 혼다코리아, 녹 발생 관련 공식 입장 발표..260억원 규모 서비스 실시
  • 포르쉐, ‘911 GT3 RS’ 공개 계획..가격은 2억5천 수준
  • 롤스로이스 SUV 차명은 ‘컬리넌’..세계에서 가장 큰 다이아몬드서 유래
COPYRIGHT ⓒ 데일리카 WWW.DAILYCAR.CO.KR   ALL RIGHTS RESERVED.