최근 현대자동차가 출시한 전기차 아이오닉6는 역대 현대차 모델 중 가장 공기 저항을 덜 받는 차라고 해요. 공기 저항이 덜하니 적은 힘으로 빠르게 달릴 수 있고, 그만큼 전비는 높아지겠죠. 이번 '테크따라잡기'에선 디자인과 기술의 결합으로 이룬 아이오닉6의 낮은 공기저항의 비결에 대해선 알아보겠습니다.
현대차에 따르면 아이오닉6의 공력계수 Cd(Drag Coefficient)는 0.21이라고 합니다. 공력계수는 공기에 얼마나 저항하느냐를 수치화한 것으로 공기 밀도, 차량 속도, 차량 전면의 면적 등에 의해 결정되죠. 수치가 낮을수록 공기의 저항을 덜 받는다는 의미입니다.
아이오닉6의 공력계수는 역대 현대차 모델 중 가장 낮고, 현존하는 전기차 중에서도 손에 꼽히는 수준이라고 합니다. 직전 모델인 아이오닉5의 공기저항계수(0.28)보다도 개선됐죠.
공기 저항은 속도의 제곱에 비례한다고 합니다. 속도가 두 배 높아지면 공기 저항은 네 배가 되는 것이죠. 자동차가 빨리 달릴수록 공기 저항을 많이 받는다는 얘기입니다. 자동차업계서 공기 저항을 얼마나 줄일 수 있느냐가 기술의 척도가 되는 이유죠.
자동차의 공기저항을 최소화하기 위해선 우선 매끄러운 디자인이 필요하죠. 차체가 공기와 맞서지 않고 공기를 부드럽게 흘려보내기 위해서죠. 디자인만으로 끝나는 것이 아닙니다. 공기 저항을 최소화하는 기술도 적용되죠. 현대차도 아이오닉6 개발단계부터 '최고의 공력성능 달성'을 위한 디자인과 엔지니어링의 유기적 결합을 시도했다고 합니다.
아이오닉6의 공력성능의 핵심 부품은 리어 스포일러(Rear Spoiler)라고 합니다. 리어 스포일러는 자동차 뒤쪽(Rear)에 붙은 '날개'로 불립니다. 디자인 측면에서 보면 공기 저항을 더 많이 받을 거 같아 보이지만 여러 갈래의 바람을 정돈해주는 역할을 하죠.
달리는 자동차에 작용하는 공기 저항은 공력(Drag), 양력(Lift), 측력(Side Force) 등 크게 3가지입니다. 공력은 물체가 전진할 때 방해가 되는 힘, 양력은 위로 뜨는 힘, 측력은 옆으로 미는 힘을 말합니다. 이중 양력을 줄여주는 게 리어 스포일러입니다. 자체 아래에서 빠르게 빠져나오는 공기로 인해 차가 떠오르려는 힘을 잡아주는 것입니다.
리어 스포일러는 차 뒤쪽에서 형성되는 와류도 줄여주죠. 자동차가 빨리 달리면 차체 위아래에서 넘어가는 공기가 뒤쪽에서 뒤엉켜 소용돌이를 형성하는데, 리어 스포일러가 이 소용돌이를 최소화해준다고 합니다. 스포일러 뜻 그대로, 차량 뒤편에서 생기는 소용돌이를 망친다고 이해해도 됩니다.
현대차는 아이오닉6의 리어 스포일러 개발을 위해 형상 변형 기술인 모핑(morphing)과 컴퓨터 유체 역학(Computational Fluid Dynamics)을 적용했다고 합니다. 이를 통해 70여개의 스포일러 모양 중에서 최적의 디자인을 찾았고, 풍동(wind tunnel)시험을 통해 스포일러가 설치될 위치를 선정했다고 합니다.
아이오닉6의 공기저항을 줄인 또 다른 부품은 리어 콤비램프와 범퍼 하단부에 설치된 박리 트랩(Separation trap)이죠. 현대차가 박리 트랩을 '공력성능의 화룡점정을 찍었다'고 표현할 정도로 중요한 부품입니다.
박리 트랩은 말 그대로, 유동 박리를 막는 덫이라고 보면 됩니다. 유동 박리는 달리는 자동차 표면으로 흐르는 공기가 떨어져 나가는 현상을 말합니다. 유동박리가 발생하면 공기의 저항을 많이 받게 되죠. 공기의 흐름에서 박리가 일어나지 않도록 트랩을 설치했다는 이야기입니다.
박리 트랩은 리어 스포일러 끝단부와 측방향으로 일치되는 선에 적용됩니다. 이곳에 설치된 박리 트랩은 차량 측면부로 흐르는 공기의 유동을 이 위치에서 떨어트려, 공기가 원활히 흘러갈 수 있도록 돕는다고 합니다.
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