공기역학: 소수점 기록

“하지만 효율적인 공기역학 설계와 관련하여 전기 자동차에는 뚜렷한 이점이 있다는 사실을 잊어서는 안 됩니다. 예를 들어, 우리가 앞부분부터 끝부분까지 밀폐되고 매우 매끄러운 언더플로어를 만들 수 있었던 건 오로지 배터리와 배기 시스템이 있는 디스펜싱 덕분입니다 섀시 개발 시 모든 메인 액슬 구성 요소가 언더플로어 패널 아래에 숨겨지는지 확인하기 위해 동료들과 많은 논의를 주고받았습니다. 터널, 연료 탱크, 배기 시스템 등 내연 기관 차량 주변의 난기류를 담당하는 모든 요소가 전기 자동차에서는 더 이상 동일한 형태로 존재하지 않습니다. 공기역학에서 이는 엄청난 이점입니다. 게다가 전기 모터는 연소 기관보다 훨씬 더 효율적입니다. 환경에 열을 덜 방출할 뿐만 아니라 그만큼 자주 냉각할 필요도 없죠. 결과적으로 공기역학에 도움이 되는 열 관리 개념을 개발할 수 있습니다. 아우디 e-트론 모델의 싱글 프레임 그릴에 있는 액티브 흡입구 루버는 좋은 예로, 전면부의 중추적인 공기역학적 측정 장치입니다. 두 개의 공기 흡입구 각각에 있는 전자식 루버 시스템은 차량에 필요한 냉각 정도에 따라 자동으로 열리거나 닫힐 수 있습니다. 우리 공기역학자들은 공기가 자동차를 통해 흐르지 않고 손실을 초래하지 않도록 루버가 항상 닫혀 있어야 한다고 말해요. 대신 공기는 차량 위와 아래로 흘러야 합니다. 그러나 제어 시스템은 탑승자가 실내 온도를 조절하려는 경우에도 반응해야 합니다. 그때 루버가 열립니다. 그럼에도 아우디의 고도로 지능적인 열 관리 기능은 대부분의 주행 사이클 동안 루버가 닫혀 있도록 함으로써 cd 값을 낮춥니다.”

“공기역학자인 우리의 목표 중 하나는 디자이너에게 혁신적인 기술적 세부 사항을 제시하여 디자이너가 창의성을 더 많이 발휘할 수 있는 여지를 제공하는 것입니다. 이런 방식은 구체적인 문제를 해결하기 위해 협력할 때 가장 잘 이루어집니다. 차량의 공기역학적 세부 사항을 개발할 때 우리는 전면에서 후면으로 작업합니다. 어쨌든 전면의 공기 흐름에서 실수를 하면 후면에서 그 실수를 다시 정정할 수 없는 경우가 많거든요.”

“공기는 차량의 앞부분에 도달한 후에 차량의 위, 아래, 측면을 따라 지나갑니다. 측면을 따라 가능한 한 원활하게 흐르도록 하는 것은 그 자체로 하나의 예술입니다. 디자이너들은 전기 자동차를 매우 매력적으로 보이게 하는 데 짧은 오버행을 사용하지만 저희 공기역학자로서는 짧은 오버행이 정말로 큰 과제입니다. 오버행이 짧으면 고속으로 전면에 부딪힌 후 측면을 따라 흐르는 공기를 편향시킬 수 있는 공간이 거의 남지 않거든요. 이러한 이유로 자동차 앞부분의 측면에 에어커튼 작업을 합니다. 공기 흡입구는 기본적으로 전면의 공기를 붙잡아서 빠르게 안쪽으로 유도하고 차체에 가깝게 유지한 후 휠 아치로 보내는 바람개비와 같습니다. 에어 커튼이 없었다면 차량이 공기에 더 넓은 표면을 제공해야 하므로 항력 계수가 증가했을 것입니다.”

사소하게 들릴 수도 있지만, A 필러에 물 관리용 마무리 장치를 사용하면 표면을 매끈하게 형성하고 A 필러의 호를 따르는 전면의 흐름을 크게 최적화할 수 있습니다. 이렇게 하지 않으면 상당한 공기역학적 손실이 발생하게 됩니다. 공기 흐름이 외부 미러와 상호작용할 때 말이죠. 이건 공기역학적 측면에서 진정한 과제입니다. 기존의 외부 미러는 다가오는 흐름을 크게 변위시키고 차량의 뒤쪽 맨 끝까지 공기 흐름에 영향을 줍니다. 이러한 이유로 저는 아우디 e-트론 모델에 가상 외부 미러를 옵션으로 제공하게 되어 매우 기쁩니다. WLTP 사이클에 따르면 항력 계수에 대한 영향이 기존 외부 미러와 비교했을 때 약 2.5km의 주행 거리가 늘어납니다 이러한 개선은 시골길과 고속도로에서 더욱 두드러집니다.

“아우디 디자이너들은 차량의 측면에서 후면까지 멋진 곡선 모양을 내는 것을 좋아합니다. 그러나 기류가 실제로 어디에서 갈라져야 하는지 아는 것은 아니므로 공기역학적 측면에서 곡선 모양은 너무 어렵습니다. ‘곡선 모양’은 항상 불안정성을 크게 만듭니다. 때로는 공기 흐름이 한 곳에서 갈라지고 때로는 다른 곳에서 갈라지는데, 이런 비일관성은 공기역학적으로 좋지 않은 결과를 초래합니다. 하지만 당연히 차량 끝부분 엣지가 뾰족한 아우디를 디자인할 수는 없습니다. 대신에 필요한 엣지를 통합하여 리어 라이트로의 공기 흐름을 깔끔하게 차단하도록 했습니다. 엣지는 라이트의 내부 굴곡과 동일한 윤곽선을 따릅니다. 이렇게 하면 자동차의 조화로운 외관이 유지되고 빛의 불쾌한 굴절이 방지됩니다. 리어 라이트의 이러한 공기 분리용 엣지는 우리가 디자이너와 협력하여 풍동에서 모델의 혁신을 최적화했던 완벽한 예입니다.”

“한 가지 예를 들면 2021년 출시된 신형 아우디 e-트론 모델에는 측면 패널 프레임과 테일게이트 사이의 연결 부위에 씰이 있습니다. 이 씰만으로도 항력 계수가 5,000분의 1이 향상됩니다. 이 씰이 없으면 그냥 작은 틈이라고 생각할 수도 있습니다. 하지만 자동차의 측면과 후면 사이의 압력비가 너무 극단적이어서 공기가 연결 부위로 빨려 들어가므로 그 부분이 즉시 손상됩니다. 반면에 이 씰을 사용하면 항력 계수가 5,000분의 1이 향상됩니다. WLTP 사이클에서 이렇게 하면 주행 거리가 약 3km 늘어납니다. 이처럼 가장 작은 디테일이라도 큰 차이를 만들어 냅니다.”