[그랑프리 블랙북 제1권] F1 레이스카의 공기역학

★ F1 No.1 윤재수 해설가와
★ F1의 핵심 키워드, 공기역학의 기초 다지기

F1에서 공기역학의 비중은 날로 커지고 있고, 공기역학적 성능이 F1 챔피언십의 성적을 좌우합니다. 그러나 공기역학은 보통 사람에게 너무 어렵기만 합니다. F1에 대해 막 알아가기 시작한 많은 분께 공기역학이 가장 큰 걸림돌이 되고 있기 때문에 공기역학을 시리즈의 첫 주제로 선택했습니다. 이 책과 함께 공기역학의 기초 개념을 정리하고 큰 틀만 잡고 넘어가더라도, F1을 제대로 이해하고 더 깊이 즐길 수 있습니다.

★ ‘그랑프리 블랙북’ 시리즈 소개

자동차, 레이스카, 그리고 F1에 관심을 가진 분은 많습니다. 그러나 조금이라도 깊은 이야기가 나오면, 너무 어렵게 느껴지고 잘 읽히지도 않습니다. 기존 F1 관련 서적과 기사에는 어려운 단어가 난무하지만, 쉽게 이해할 만한 설명은 찾아보기 어렵습니다. 반면, 너무 쉬운 내용을 다룬 글은, 오히려 너무 쉽기만 해서 필요할 때 도움이 되지 않곤 합니다.

블랙북 시리즈는 어렵게만 느껴졌던 F1 관련 정보를 가능한 한 쉽게, 그러나 너무 깊이가 얕지 않도록 설명하는 F1 지식 서적 시리즈입니다. 주제별로 한 권씩 10권 이상 계획된 블랙북 시리즈를 읽는다면, 제법 ‘쉽게 읽힌다’는 느낌과 함께 잘 정돈되지 않았던 개념이 깔끔하게 정리되는 느낌을 받으실 것입니다.

블랙북 시리즈는 완전한 문외한에게 기초적인 정보를 제공한다기보다, 어느 정도 F1을 알고 있는 이들을 위한 좀 더 깊은 정보와 지식을 전달합니다. 깊이 있는 전문 서적에 비하면 쉽고 간단한 내용이라고 할 수 있지만, ‘중급자를 위한’ 모터스포츠/레이스카 관련 지식 서적으로서 전에 없는 새로운 시도가 될 것입니다.

★ 왜 F1을 즐기는 데 공기역학이 중요할까?

그랑프리 블랙북의 배경과 이 책 “F1 레이스카의 공기역학”의 내용 구성을 염두에 두고 책을 읽기 시작한다면, 공기역학에 대한 기초 지식을 쌓는 것은 물론 현대적인 F1 챔피언십의 전체적인 흐름을 파악하는 데에도 분명 도움이 될 것입니다. 분명 F1 입문서는 아니지만, “F1 입문서 다음에 읽을 책”이 되는 것은 가능하다고 생각합니다. 어느 정도 F1의 재미를 느끼기 시작한 분들에게 더 깊은 것을 알고 싶다고 느끼게 만드는 책이 되었다면 “F1 레이스카의 공기역학”은 소정의 목적을 달성했다고 할 수 있겠습니다.

 

★ 이 책에서 다루는 내용

이 책의 본문은 모두 13장으로 구성했고, 그 내용은 크게 세 묶음으로 나눠 생각할 수 있습니다. 그랑프리 블랙북의 출발점이 될 “F1 레이스카의 공기역학”은 먼저 공기역학이란 무엇인지 알아보는 것으로 시작합니다. 이후 자동차와 F1 레이스카에 관련된 공기역학의 기본 개념들과 드래그, 다운포스 등 핵심 개념들 몇 가지도 간단하게 설명합니다. 책의 전반부를 통해 공기역학의 큰틀을 이해하고, 핵심 요소 몇 가지를 기억한다면 F1을 보는 눈이 달라질 수 있다고 생각합니다.

중반부에는 F1 공기역학의 역사를 다룹니다. F1이 출범하고 발전하는 과정에서 공기역학이 어떻게 함께 성장했고, 전환점이 된 몇몇 레이스카의 특징과 큰 변화가 생겼던 규정 변경 내용을 설명하면서 어느 순간부터 공기역학이 F1의 핵심 요소로 자리 잡게 되었는지 살펴볼 것입니다. 이를 통해 F1 전체를 보는 거시적인 시각을 갖게 되는 것과 아울러, 어째서 현대의 F1 레이스카가 이런 형태를 갖도록 역사가 발전했는지도 확인할 수 있을 것입니다.

책 후반부에서는 현대 F1 레이스카를 구성하는 공기역학 요소들을 하나씩 정리하고, 어떤 구성 요소들이 F1 레이스카의 공기역학적 성능을 결정하는지 알아봅니다. 그 뒤로는 실전에서의 공기역학 셋업에 대해 간단히 설명한 뒤, 개발 과정의 핵심 요소로 발전한 윈드 터널과 CFD의 개념도 정리해봅니다. 마지막 장에서는 F1 팀에서 활동하는 엔지니어와 공기역학자 등 인력 구성도 간단히 알아보면서, 현대적인 F1 무대의 기술 부문에 공기역학이 얼마나 중요하게 자리 잡았는지 알아보는 것으로 책의 내용을 마무리합니다.

 

★ 이 책의 특징

〈F1 레이스카의 공기역학>은

• 공기역학의 기본 원리와 개념을 알기 쉽게 설명하고
• F1 공기역학이 어떻게 발전했는지 역사적 배경을 살펴본 뒤
• 현대적인 F1 레이스카의 공기역학적 요소와 다양한 관련 지식을 총정리합니다.

★ 책 속으로 – 르노 R25에 처음 장착된 “매스 댐퍼”이 불러온 빠른 안정감

르노 R25의 다양한 공기역학적 시도 중 가장 큰 논란이 됐고 많은 사람의 기억에 가장 오래 남은 것은 시즌 후반 투입된 “매스 댐퍼(mass damper)”였다. 매스 댐퍼는 흔히 TMD 또는 “튠드 매스 댐퍼(Tuned Mass Damper)”라고 불린다. 매스 댐퍼는 피치 변화를 감소시켜 결과적으로 공기역학적 성능을 끌어올릴 수 있게 하는 장치로, 큰 틀에서 보면 액티브 서스펜션이 지향했던 것과 같은 목적을 가지고 있었다. 르노 R25의 경우 피치 변화가 생길 때 노즈의 매스 댐퍼가 빠르게 진동을 억제해 원래 자세로 복원시킬 수 있었고, 2006 시즌 후속작 R26은 차량 뒤쪽에도 매스 댐퍼를 추가해 성능을 더 끌어올렸다. 처음 도입됐을 때 검차관들로부터 규정을 벗어나지 않는다는 판단을 받았던 매스 댐퍼는 2006 시즌 중반 “움직이는 바디워크”로 분류돼 금지됐다. 르노는 매스 댐퍼 금지 이후 약 0.3초 정도의 랩 타임 손해를 보았다.

★ 책 속으로 – 레드불 RB5처럼 풀로드 방식 서스펜션로 무게 중심 낮추기

푸시로드 방식과 풀로드 방식은 서스펜션의 성능 자체로만 본다면 큰 차이가 나지 않는다. 그러나, 서스펜션 부품이 차체 위쪽에 배치되느냐 아래쪽에 배치되느냐에 따라 패키징과 무게 중심에는 분명한 차이가 발생한다. 그리고, 바로 이 패키징 부문에서 레드불 RB5는 경쟁 레이스카들과 차별화됐다.
레드불 RB5는 풀로드 방식의 더블 위시본 서스펜션을 채택하고, 서스펜션 부품이 집중적으로 배치되는 A 위치를 일반적인 경우보다 훨씬 앞쪽으로 옮겼다. 서스펜션 부품이 앞쪽으로 옮겨감에 따라 리어엔드를 더 극단적으로 타이트하게 패키징할 수 있었고, 날씬해지는 동시에 높이가 낮아졌기 때문에 위 그림 B 위치에 경쟁 레이스카들보다 훨씬 넓은 공간이 만들어졌다. 여기에 더해 배기구에서 빠져나온 배기가스가 바로 더블 위시본 중 위쪽 암을 향한 뒤, C 위치의 빔 윙을 향하도록 레이아웃을 구성해 공기역학적 효율을 높였다. 리어 엔드에 많은 여유 공간을 만들어 공기 흐름을 좀 더 원활하게 했다는 점에서 레드불은 경쟁자들보다 한발 앞서 있었다.

★ 책 속으로 – 더블-덱 디퓨저가 무엇이건데, 6팀 중 5팀이 톱 10에 들었나?

더블-덱 디퓨저 아이디어를 일찌감치 실전 투입한 브런GP, 토요타, 윌리암스 3팀은 경쟁 팀에 비해 월등한 공기역학적 성능을 발휘하는 대신, OWG가 야심 차게 준비했던 신규 하이브리드 시스템 KERS는 아예 장착하지 않았다. 기계적 그립을 높이고 출력을 보완하는 한편, 공기역학적 성능 의존도를 낮춘다는 규정 변경의 취지는 전면 부정당하고 있었던 셈이다.
반면, 페라리, 맥라렌, 르노 등 기존 강팀들은 골치 아픈 신규 시스템인 KERS를 장착해 상대적으로 무겁고 둔한 데다가, 더블-덱 디퓨저 레이스카보다 공기역학적 성능이 부족했다. 2009시즌 개막전 호주 그랑프리 퀄리파잉에서는 브런GP가 프론트 로를 독점했고, 더블-덱 디퓨저를 장착한 3팀의 6명 중 다섯 명이 탑10에 들었다. 그러나, KERS를 장착한 르노와 맥라렌은 모두 퀄리파잉 탑10에 들지 못했고, 전년도 컨스트럭터 챔피언인 페라리의 드라이버들은 7, 9위로 퀄리파잉을 마쳤다. 이런 양상은 2009시즌 초반 몇 경기 동안 계속 이어졌고, KERS가 계륵처럼 여겨지게 되는 사이 더블-덱 디퓨저는 F1 레이스카의 핵심 아이템으로 입지를 굳혔다.

★ 책 속으로 – 위기의 F1, 탈출구를 찾아서

1990년대 중반 이후 출력 억제 노력이 계속되는 동안, F1 레이스카의 공기역학적 성능이 꾸준히 발전하며 써킷 공략 속도가 점차 빨라졌다. 기계적 성능보다 공기역학적 성능의 비중이 커지는 추세가 계속됐고, 공기역학적 성능의 비중이 커지는 만큼 뒤따르는 차량에 미치는 나쁜 효과 역시 증가했다. 이 때문에 추월 시도는 물론 추격부터 어려워졌고, 뒤따르는 차량에 미치는 나쁜 공기역학적 효과를 줄이지 않는다면 추월 시도가 더 줄어들 수 있는 상황이었다.
FIA는 “추월 워킹 그룹( OWG : Overtaking Working Group )”을 발족시켜 레이스에서 추격과 추월을 더 쉽게 만들 방법을 연구했고, 2009시즌에는 OWG의 연구를 바탕으로 대대적 규정 변경이 단행됐다. 2009시즌 규정 변경의 취지는 출력과 기계적 그립 등 F1 레이스카의 기계적 성능을 강화하고, 다방면으로 공기역학적 성능을 억제하거나 제한하는 것이었다.

베타리더 추천사

2010년 영암에서 처음으로 개최되었던 F1 코리아 그랑프리. 그 때 그리드에서 울려퍼지던 애국가는 유일한 한국인으로서 참가했던 내 가슴을 뜨겁게하고 내 눈시울을 적셨다. 3년간 영암 경기에 참여하면서 한국에도 F1에 대한 열정이 많이 있음을 확인하였고, 이 책의 저자 윤재수 해설위원님과도 영암에서 처음 인연이 닿게 되었다.

코리아 그랑프리는 비록 4년만에 아쉽게 막을 내렸지만 그동안 한국의 팬층은 숫자도 수준도 계속해서 높아졌고, 그 중심엔 저자 같은 이들의 뜨거운 열정과 노력이 있었다고 믿는다.

이 블랙북 프로젝트는 어쩌면 세계 어디에서도 찾아볼 수 없는 야심차고 체계적인 F1 입문 서적이 아닐까 생각한다. 이를 구상하고 그 이야기를 쉽고도 깊이있게 펼쳐 나간 광범위한 저자의 지식에 거듭 감탄했고, 공기역학이란 주제를 다루는 부분에서 내가 쌓은 지식과 경험을 바탕으로 이 책에 조금이나마 기여할 수 있게 되어 영광스럽게 생각한다.

이 책과 함께 앞으로 무궁무진하게 발전하게 될 한국 모터스포츠계의 모습을 상상하고 한국이 F1에서도 더 큰 비중을 차지할 날을 기대한다.

_김효원

목차

SUBSCRIPTION

책 이야기를 들려드립니다.

책이 만들어지는 집필, 편집, 베타리딩 등의 출간 소식뿐 아니라,
관련 주제의 책 소식, 저자와의 만남, 강의, 오탈자 등 책 관련 소식을 전해드립니다.