프런트윙

프런트 윙(Front Wing)

프런트윙(front wing) 또는 프론트윙은 차량의 앞쪽에 다운포스의 상당 부분을 만들어 주는 날개 모양의 장치이다.

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개요

레이싱에서 다운포스는 빠질 수 없는 요소이다. 때문에 일반 차량에서는 볼 수 없으며 F1 머신에서만 존재한다. 따지자면 일반 양산형 차와 양산형 레이싱카는 프론트 스플리터, 카나드 윙이 그 역할을 하고 있어 프론트 윙이라고 불리기도 한다. 레이싱에서는 보통 다운포스의 추정치 비율이 프론트윙이 25%, 리어윙이 35%로 10%가량 전륜의 축하중이 차이가 나는데, 프론트그립을 유지하는 것이 상당 부분이고 단지 무작정 다운포스만 늘리는게 아닌 리어와의 밸런스를 잡아가면서 드래그를 최소화시켜 가져가야 하는 면이 있고 프론트 윙이 차량 전체의 에어로의 영향을 주는 만큼 상당히 중요한 파츠이기도 하다.

특징

F1 머신은 일반 승용차와 달리 앞 범퍼라는 것도 따로 없고, 전면 라디에이터가 없어 엔진에 공기를 순환시킨다는 목적을 가지지 않아 바나나 보트의 날씬한 형태로 큰 윙을 달아 오로지 다운포스의 목적을 달성한다. 프론트윙은 각도를 더 세우면 세울수록 공기를 위로 밀어 올려 더욱 큰 다운포스를 만들어 내지만 공기가 경사진 프론트윙을 만나 공기저항이 늘어난다는 것이 단점이다. 하지만 다운포스를 더욱 중요시 여기어 더 극단적인 다운포스를 위하여 프론트 윙을 달게 된다. 여기서 F1은 복잡한 규정들로 차량의 설계 자유도를 심각하게 제한하여 비슷한 차들끼리 경쟁하도록 유도하기 때문에 경기마다 프런트윙의 참신한 디자인의 최적의 결과물을 만들어 내는 것이 승리의 발판이라고 생각할 만큼 중요히 여긴다. 예전이라면 대규모 레이스 팀에서나 풍동실험 터널 등을 이용하여 과학적 실험을 통해 최적화된 설계를 하였지만 점점 컴퓨터가 발달하고 엔지니어링 기술과 정보화 시대가 도래하면서 전 세계 공기역학 전공의 에어로다이믹 전문가가 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 의뢰받아 프론트윙을 컨설팅해 주는 경우가 늘어나고 있다.

구성

프런트 윙 구성

프런트 윙 정면 구성

과거의 프론트 윙은 메인 플레이트와 엔드 플레이트로 구성될 만큼 간단한 구조였다. 그러다 공기의 흐름을 제어하는 것이 차량의 움직임과 안정성에 영향을 미치는 중요한 요소임을 알게 되면서 프론트 윙에 여러 추가적인 구조물이 늘어나기 시작하고 그 형태가 점점 복잡해졌다.

• 노즈콘(Nose cone): 프론트 윙을 연결하는 가운데 뭉툭한 부분을 말하며 보통 팀의 로고를 노즈콘에 부착한다. 노즈콘의 정면 부분을 뚫어 놓아 공기의 흐름이 아래로 잘 깔리게 하여 공력성능을 높일 수 있다.
• 프론트 윙 메인 플레이트(Main Plate): 다운포스를 형성하는 부분으로 윙의 넓적한 판을 말한다.
• 프론트 윙 엔드 플레이트(End Plate): 메인 플레이트 양옆에 판을 세운 형태로 차량 바깥으로 지나가는 공기를 조절해서 차량 쪽으로 향하게 하여 디퓨저의 역할을 극대화하는 역할을 한다. 또한 공기 흐름 차제를 조절해서 부드럽게 정리하는 역할도 한다. 팀에 따라서 한 장에서 심지어 4장까지 여러 형태를 보인다.
• 노즈 파일런(Nose Pylon): "Wing Piller"라고도 하며, 노즈콘과 프론트 윙을 연결하는 부분을 말한다. 과거 프론트 윙이 단순했던 시절에는 노즈콘과 윙이 바로 연결되었지만 노즈콘과 윙이 분리되어 있는 형태에서는 연결이 필요해 졌다.
• 프론트 윙 플랩(Flap): 다운포스의 상당 부분이 만들어지는 곳으로 2~5장으로 형성되어 있다. 보통 상단 쪽의 플랩은 각도 조절이 가능하며 두 개의 플랩 사이로 브레이크 덕트 인렛으로 들어가는 에어로의 대부분이 공급된다 윙 플랩의 각도상 약간의 에어로가 타이어 상단과 부딪히기도 한다.
• 케스케이드 윙(Casecade Wing): 최근 들어 상당히 중요한 역할을 하고 있는 부분으로 F1 머신은 바퀴가 노출되어 있는데 공기가 앞바퀴를 지날 때 만들어지는 터뷸런스가 차체에 영향을 주기 때문에 공기를 타이어 위쪽과 바깥쪽으로 흘려보내서 영향을 줄이는 것이 목적이다. 엔드 플레이트와 함께 케스케이드 윙이 공기를 정리해주는 역할을 하게 된다.
• 풋 플레이트(Foot Plate): 엔드 플레이트를 얹기 위한 받침으로 곡선의 형태를 하여 공기의 흐름을 조절하기도 한다.
• 케스케이드 지지대 베인(Cascade wing support vane): 케스케이드를 지탱하는 지지대용 베인
• 플랩 조정부(Flap Adjuster): 플랩의 각도나 간격을 조절할 수 있도록 하는 부위로 안쪽은 하단 플랩 조절, 윙 플랩 바깥쪽은 상단 플랩만 각도 조절이 가능하다.
• 케스케이드 윙렛(Cascade Winglets): 케스케이드에 붙은 작은 날개들로 프론트에 추가적인 다운포스와 타이어에 가해지는 전방 풍압을 조금이나마 타이어 상단으로 올리는 데에 목적을 둔다.
• Flap Slot Gap: 메인 플랩과 윙 플랩 또는 윙 플랩 간의 간극의 공간으로 다운포스와 드래그의 절충 지점 과도한 다운포스의 유발은 노즈콘 연결부나 파일런을 부러트릴 수 있고 프런트윙 뒷부분의 에어로를 망가트릴 수 있다.
• 거니 플랩(Gurney Flap): 보통 리어윙에 달리는 것으로 다운포스를 극대화하기 위해 프론트윙의 앞 또는 뒤에 각을 세워 놓기도 한다.

이 이외에도 복잡하고 많은 부품들이 자리잡고 있기도 하고, F1 규정이 계속에서 바뀜에 따라 추가되거나 바뀌는 부분이 어렷생기기도 한다.

참고자료

• jayspeed, 〈F1카 프론트 윙에 대한 이해〉, 《티스토리》, 2014-09-30
• 찰스, 〈레이스카 에어로다이나믹 - 2. 프론트 스플리터와 프론트 윙〉, 《네이버 블로그》, 2017-11-02
• 커피너마저, 〈올해 F1의 프런트윙 규정변화로 인한 공기역학의 이해〉, 《클리앙》, 2019-03-18
• jayspeed, 〈벨기에GP~싱가폴GP - 테크이야기〉, 《티스토리》, 2015-10-28
• 참정신과 닥터권, 〈모형으로 알아보는 F1 구조 #1 프론트 윙 / F1 프라모델〉, 《네이버 블로그》, 2016-01-06

같이보기

• 윙
• 에어로 파츠
• 리어윙

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