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포뮬러카
포뮬러카(formula car)는 특정한 포뮬러(규칙)에 따라 실시되는 레이스 전용 자동차이다. 국제자동차연맹(FIA)의 국제 스포츠 법전 부칙 J항 그루프 7 포뮬러 레이싱카 및 그루프 8 포뮬러 리브레 레이싱카로 규정된다.[1]
개요
원래 '포뮬러'란 규칙을 뜻한다. 즉 주어진 규칙을 준수해서 만든 차량이라는 뜻이 '포뮬러 카'의 원 뜻이므로 차량의 모양이나 몇 명이 타냐 하는 문제에 관계 없이 모터스포츠 경기 규칙을 준수해서 제작한 차량이라면 포뮬러 카라는 이름을 붙일 수 있겠지만, 이런 뜻으로는 쓰이지 않고 보통은 1인승(싱글 시터)에 콕핏이 바깥으로 열려 있는 오픈 콕핏, 그리고 차체 바깥으로 휠이 튀어나와 있는 경기 전용 오픈 휠 차량을 이르는 뜻으로 쓰인다. 제2차 세계대전 후 국제자동차연맹(FIA)가 싱글 시터 경기를 위한 차량 관련 규정에 'formulae'라는 용어를 사용함으로써 포뮬러 카라는 용어도 정착되었다. 포뮬러 카를 대상으로 하는 경주를 포뮬러 레이싱이라고 부른다.[2]
종류
포뮬러 1
포뮬러 카의 가장 대표적이 차로 F1이라고도 불린다. 포뮬러 원의 정체성은 각 팀이 직접 프로토타입을 만들어 나온다는 것이며, 엔진은 어렵더라도 적어도 섀시는 직접 제작한다는 것에서 출발한다. 이것은 비슷한 오픈휠 카테고리인 인디카(Indy car)와의 다른점으로, 인디카와는 비교할 수 없는 엄청난 예산이 들어가는 이유다. 처음 만들어 질때부터 어느 차가 제일 빠른가를 겨루는 경기였고 당시에도 경주차는 참가하는 팀들이 직접 제작하였다. 2021년 현재까지도 출전팀 전원이 각 팀의 메인 팩토리에서 만든 프로토타입 섀시로 경쟁하기 때문에 제조사가 개발해 판매하는 경주차를 사서 셋팅을 맞춰 레이스를 나가는 기타 레이스와는 그 상징성과 중요도가 차원을 달리 한다.포뮬러 1카는 매년 개발될 때 그 차를 모는 드라이버의 의견이 적극 반영되어 개발되기 때문에 그 누구도 만들어진 차를 받고 그냥 잘 운전하는 경우가 없다. 심지어 핸들의 모양과 페달의 모양마저 드라이버마다 다르게 제작된다. 시트 모양 뿐만 아니라 변속 비율 마저 다르게 맞춰진다. 사실상 드라이버와 한 몸이라고 밖에 볼 수 없는 이유다. 이 때문에 느린 차를 타고서 챔피언이 되는 드라이버는 절대 없으며 빠르면 빠를 수록 빠른 차를 얻을 기회도 늘어난다. 포뮬러 1이 현존하는 최고 수준의 모터스포츠인 이유는 드라이버들의 실력도 실력이지만 경주차의 성능이 최고 수준이기 때문이다. 자동차 시장에서 최고 수준의 슈퍼카들, 레이스카들보다 통상 10초 넘게 빠른 랩타임을 기록한다는 점에서 포뮬러 1이라는 차가 결코 아무나 몰 수 없는 차라는 것임을 알려준다.[3]
포뮬러 E
포뮬러 1을 비롯한 모터스포츠는 지속적으로 환경 문제 때문에 수많은 비난을 받아왔다. 특히 모터스포츠의 특성상 소음공해와 온실가스 문제가 집중적으로 제기되어 왔는데, 국제자동차연맹에서 이를 해결하기 위해 제시한 카테고리가 바로 포뮬러 E이다. 2011년 3월 3일 국제자동차연맹 회장 장 토드가 스페인의 전 정치가이자 사업가인 알레한드로 아가그와 같이 프랑스 파리에 있는 이탈리안 레스토랑에서 저녁식사를 가지면서 대화가 오고갈때 처음으로 고안되었다. 그리고 2012년, 국제자동차연맹 내부에서 2014년부터 핏레인에서는 전기모드(EV)로만 달리게 하자는 아이디어가 제안되었는데, 당시 FOM(Formula 1 Management)의 수장인 버니 에클레스톤은 '위험하다'라며 단칼에 제지했다. 이는 당연하게도 핏레인은 각 팀의 핏크루들은 물론이고 모든 스탭들이 지속적으로 지나다니는 곳인데 이곳을 EV모드로만 지나다니게 한다면 사운드가 너무 조용해서 차량이 오는걸 미처 알아채지 못할수도 있기 때문이다. 하지만, 국제자동차연맹은 얼마 뒤 이보다 좀 더 근본적인 대책을 내놓았는데, 그것이 바로 이 포뮬러 E 인 셈이다.[4]
기술
공기역학
공기역학(에어로다이나믹)은 대부분의 모터스포츠에서 중요시 하지만 포뮬러1 카는 포뮬러1 레이스의 승패를 결정짓는 가장 중요한 요소다. 포뮬러1 카의 디자인은 오로지 공기 역학적 성능을 극대화 하기 위해 다듬어진다. 우선적으로 포뮬러 1은 오픈휠이며 헤일로가 얹어져있음에도 오픈 콕핏이기 때문에 공기저항을 생각보다 많이 받으며 이것을 드래그라고 한다. 직선주로에서는 드래그가 쓸데없이 커질겨우 고속주행에서의 안정성과 엔진에 무리가 가게 되므로 의미가 없지만 코너링을 할 경우 그립을 한계까지 쥐어짜며 최대한 빠르게 돌아나가가기 위해 드리개그가 필수적으로 작용한다. 따라서 포뮬러1 차량들은 다른 레이스카들과는 다르게 프론트 윙, 리어윙이 매우 크고 그 자체로서 차량의 파츠를 담당한다. 또한, 여러가지 자그마한 부착물도 바람의 영향과 공기의 흐름을 고려하여 세세하게 설계되어 최적의 스피드를 낼 수 있는 조건으로 제작된다. 이를 실험하기 위해 돌리는 것이 바로 풍동 테이스인 우니드 터널이며 소고으로 바람을 차량에 쏘아 보내 공기의 흐름을 파악하는 것이 주 목적이다.[3]
다운포스
타이어에 수직으로 가해지는 하중의 크기는 모든 자동차의 코너링 성능을 지배한다. 하지만 민첩성이 생명과도 같은 포뮬러 1카에 타이어를 누르는 하중을 키우기 위해 모래 적재함 같은 것을 달 수 없다. 디자이너들은 거대한 비행기를 하늘로 띄우기까지 하는 비행기 날개이 강력한 양력을 타이어를 짓누르는데 이용할 수 있을 것이라를 아이디어를 제안하여 차에 날개가 달리기 시작하여 현대에 이르러 포뮬러1카가 날개 그 자체가 되었다. 이처럼 공기 역학적으로 레이스 카를 내리누르는 힘을 다운포스(Downforce)라고 한다. 다운포스가 큰 자동는 더 큰 타이어 접지력을 생성할 수 있기 때문에 같은 곡률의 고너를 더 빠른 속도로 미끄럼 없이 통과할 수 있다. 포뮬러 1카의 다운포스는 앞뒤 날개, 샤시, 바닥판, 배구기, 심지어 타이어에서도 발생한다. 이중 앞 날개와 뒷 날개에서 발생하는 다운포스가 전체 다운포스 발생량 중 약 5~60%를 차지하며 나머지 4~50%는 샤시와 바닥판으로부터 발생한다. 지면과 차체 사이의 압력을 최대한 낮추어 다운포스를 높이기 위해 분무기의 원리를 이용한다. 공기가 좁은 통로를 통과하면 흐름이 빨라져 압력이 낮아진다. 이 원리로 분무기는 물을 빨아들이고 포뮬러1 카는 다운포스를 생성한다. 차체 하부를 인공적인 보울(Bowl) 형태로 잘록하게 만들어주는 이 거대한 분무 장치를 디퓨저(Diffuser)라고 부른다. 이 디퓨저 파트는 포뮬러1 카 뿐만 아니라 고성능 양산 차종에도 어렵지 않게 찾아볼 수 있다. 다운포스는 앞뒤 바퀴의 축에서 측정된다. 트랙위를 달리는 포뮬러1 카의 다운포스는 공기 터널(Wind Tunnel)에서 측정된 데이터가 탑재된 어플리케이션에 의해 실시간으로 모니터링된다. 다운포스 계산에 사용되는 로직은 간단하고 단순한 공식이다. 이 공식에는 양력 계수(Lift Coefficient)라는 개념이 등장한다. 포뮬러1 카 디자인의 양력 계수는 레이스카의 지상고(Ride Height), 스티어링 각도, 엔진 스로틀의 세기 등의 변화에 따라 얼마나 큰 다운포스를 생성할 수 있는지를 나타내는 고유한 성능 지표이며 공기 터널 실험을 통해서만 측정이 가능하다. 다운포스의 공식은 다음과 같다.다운포스 = ½ X (공기 밀도) X (양력 계수) X (차의 정면 단면적) X (속도의 제곱)[5]
파워엔진
레이스 카에 탑재되는 엔진은 내구성을 희생하면서 한계에 가깝게 무게를 줄이도록 설계되었기 때문에, 과거에는 서킷 하나에 엔진 하나가 소모되는 일회용품이었다. 1000마력을 상회하던 터보 엔진 시절에는 예선에 쓰는 숏런 전용 엔진이 따로 있을 정도였으며 이를 그레네이드 엔진이라고 부르기도 했다. 길어야 1시간인 예선이 끝나면 이 엔진은 망가져 쓸 수 없게 된다. 최근에는 각 시즌당 사용할 수 있는 엔진 개수를 제한하고 있다. 2015년에는 한 시즌 동안 4개의 엔진만 사용할 수 있었으며, 2018년 이후부터는 3개뿐이다. 1년에 23경기를 치르는 동안 한 엔진이 6, 7경기는 버텨야 한다는 것이다. 그러나 그러한 친환경, 내구성 요구를 수용하면서도 1000마력에 육박하는 퍼포먼스를 보여주는 동시에 50%에 달하는 열효율을 내는 괴물같은 엔진들이라는 점에서 여전히 특수한 엔진이며, F1 엔진을 그대로 가져다 덜컥 얹어 만든 양산차가 나올 수 없는 이유가 바로 이 때문이다. 포뮬러 1카의 엔진은 아주 민감한 환경에서 동작하게 만들어지는데, 차량의 시동을 걸기 위해서는 우선 냉각수와 오일 등을 일정 온도로 데워 둔 뒤 주입하고 시동을 걸어 지속적으로 온도와 상태 체크를 한 뒤 레이스에 나간다. 일반 차량처럼 덜컥 시동을 거는 방식이 아니다. 차량의 엔진은 내구성보다는 성능을 우선시해서 만들어진 엔진이기 때문에 일반적인 드라이빙 방식으로는 엔진을 제대로 쓰지도 못할 뿐더러 수명까지 단축시킨다.[3]
타이어
예전에는 타이어 성능 역시 기술경쟁의 대상이었다. 지금은 타이어 성능 경쟁이 사라지고 공통으로 제공되는 타이어를 각 팀이 어떻게 분석하고 해석, 활용하느냐가 경쟁의 주된 요소라고 보면 되며, 이 때문에 프리테스트에서의 피드백 또한 중요한 요소가 되었다.[3] 포뮬러1 카에서 사용하는 타이어는 크게 두 가지 종류로 마른 노면용과 젖은 노면용으로 나뉜다. 여기서 좀 더 세부적으로 들어가면 마른 노면용은 울트라 소프트, 슈퍼 소프트, 소프트, 미디움, 하드가 있고, 젖은 노면용은 인터미디어트, 웨트가 있다. 이 중에서 레이스 때 공급되는 타이어틑 총 5개로 마른 노면용 타이어틑 레이스가 시작되기 거의 1개월 전에 어떤 타이어를 사용할 것인지 지정한다. 그리고 팀들은 이 기준에 맞춰 자신들이 사용할 각 종류별 타이어의 수량을 지정하는 것이다. 타이어를 구분하는 기준은 접지력과 내구성이다. 울트라소프트의 경우 가장 탁월한 접지력을 발휘하는 대신 내구성은 가장 취약하여 사용할 수 있는 시간이 가장 짧고 하드 타이어는 접지력은 가장 떨어지는 반면 내구성은 가장 우수하다. 레이스용 타이어, 특히 서킷을 달리는 레이스카의 타이어는 적당히 데워야만 내부 구성 물질들이 적당히 녹아서 최고의 접지력을 발휘하기 때문에 온도가 중요하다. 그래서 블랭킷이라 부르는 온열 커버를 이용해 타이어에 열을 가한다. 서킷과 트랙 온도에 따라 조금씩 차이는 있지만, 포뮬러1의 경유 평균적으로 60~80도 사이로 미리 예열을 해두는 편이다. 하지만 블랭킷을 벗기면 그 즉시 열기가 빠른 속도로 사라지기 때문에 드라이버들은 트랙에 나간 후 곧 바로 페이스를 올리지 않고, 차를 좌우로 흔들거나 가·감속을 반복하면서 타이어에 온도를 끌어 올린다. 좌우로 흔들면서 타이어가 일그러졌다 펴질 때 발생하는 열과 더불어 가속하면서 일어나는 흴 스핀으로 표면에 마찰열을 가하며, 감속하면서 또 한번 마찰열을 주는 것이다. 레이스카들은 거의 대부분 슬릭(Slick)타이어라 부르는, 표면이 매끈한 타이어를 사용한다. 최상의 접지면적을 만들기 위해서 아예 무늬를 넣지 않는 타이어를 사용하는 것이다. 이런 슬릭 타이어는 모두 마른 노면 전용이다.[6]
각주
- ↑ 〈포뮬러카〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈포뮬러카〉, 《내위키》
- ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 〈포뮬러 1/레이스 카〉, 《나무위키》
- ↑ 〈포뮬러 E〉, 《나무위키》
- ↑ 김남호 박사, 〈F1 카의 공기 역학 (2): 비행기를 뒤집다〉, 《라이드매거진》, 2016-01-05
- ↑ 〈포뮬러1 타이어의 모든 것〉, 《카카오 콘텐츠》, 2017-10-24
같이 보기
