현대엠엔소프트 공식 기업 블로그 :: 자동차 공기 저항, 연비와 어떤 관계일까?


자동차를 구입할 때 어떤 조건을 가장 중요하게 생각하시나요? 많은 사람들이 연비를 고려하실텐데요. 연비가 높은 자동차들은 어떤 특징이 있을까요? 바로 공기저항계수가 낮다는 점입니다. 조금 어렵게 느껴지시나요? 그래서 준비했습니다. 자동차 연비에 영향을 주는 자동차 공기 저항, 함께 보시죠.

  

자동차 공기 저항이란?



공기 저항이란 공기 속을 운동하는 물체가 공기로부터 받는 저항을 뜻합니다. 자동차가 도로 위를 달릴 때 타이어와 지면의 마찰력뿐만 아니라 공기의 엄청난 압력을 견디며 앞으로 나가는데, 이 힘이 바로 자동차 공기 저항입니다. 자동차동력성능의 한계를 결정하는 요소입니다.

 

이 때문에 자동차 업계는 자동차가 도로를 주행 할 때 받는 힘을 수치로 표현해 자동차의 성능을 소비자들에게 어필하는데요. 혹시 자동차 광고에서 ‘0.26cd’와 같은 수치를 본 적이 있으신가요? 숫자 옆 cd가 바로 자동차 공기 저항계수(Drag Coefficient, Cd)’입니다. 자동차 공기 저항은 차체 앞쪽에서 받는 항력(Drag), 옆바람에 의한 횡력(Side Force), 차체를 위로 뜨게 하는 양력(Lift) 등으로 나눌 수 있습니다.

 

  

공기저항계수와 연비와의 관계



그렇다면 공기저항계수와 연비는 어떤 연관성이 있을까요? 공기저항계수(Drag Coefficient)0에서 1사이이며 자동차 속도의 제곱에 비례합니다. 예를 들어 시속 80km로 달릴 때 공기저항의 힘이 30kg이라고 한다면 시속 160km일 때 공기 저항은 약 120kg이 됩니다. 속도가 두 배로 늘면 2의 제곱인 4배로 늘어나는 것입니다. 자동차의 최고 속도를 계산할 때도 엔진의 힘과 효율, 차의 면적과 함께 공기저항까지 고려해 산출합니다.


공기저항계수는 낮을수록 공기의 힘을 덜 받는 다는 사실을 증명할 수 있으며 이는 에너지 소비가 줄어들어 연비가 향상되는 것을 보여줍니다. 따라서 공기저항계수는 자동차의 연비뿐만 아니라 주행 안정성, 핸들링 향상, 주행 중 소음감소, 차내환기성능, 엔진 및 제동장치의 냉각성능 향상 등 효율을 가늠할 수 있는 거죠. 앞으로는 자동차를 볼 때 공기저항계수를 확인해보시기 바랍니다!

  

 

낮은 공기저항계수의 장점


1. 연비 향상


자동차가 달릴 때는 공기 저항을 이겨내며 달립니다. 따라서 공기 저항을 이겨내기 위해 많은 양의 엔진 출력이 필요한데요. 공기 저항은 속도의 제곱에 비례해 증가한다는 이론 상, 공기의 저항 때문에 많은 엔진 소비가 발생하게 되어 속도가 빠를수록 연비가 떨어지는 것입니다. 따라서 공기저항계수를 낮추면 연비 또한 향상된다고 볼 수 있죠.


 

2. 안정적인 주행



바람이 적은 날이 많은 날보다 걷기 쉬운 것처럼, 자동차도 공기 저항을 덜 받을 때 안정적인 주행이 가능합니다. 보통 승용차의 경우 0.35~0.45, 스포츠카는 0.3정도의 공기저항계수를 보이며 공기저항계수가 적더라도 차체가 큰 차는 그만큼 공기 저항이 커집니다.

  


3. 소음 감소



고속도로에서 창문을 열면 시끄러운 소음과 함께 엄청난 압력이 느껴지는데요. 이 또한 공기저항 때문입니다. 공기와 부딪히며 달리기 때문에 필연적으로 발생 하는 거죠. 자동차 운행 소음은 공기저항계수와 함께 자동차의 디자인에 따라 영향을 받기도 합니다. 이 때문에 자동차를 만들 때 사이드 미러 모양이 특정 속도에서 소음을 일으키지 않는지 실험하고 있습니다.

 

 

공기저항계수를 낮추기 위한 노력



자동차의 공기 저항은 주로 도로 주행 시 공기와 가장 먼저 닿는 부분인 전면부에서 많이 발생합니다. 낮은 공기저항계수를 위해서는 전면부가 좁은 로켓이나 미사일이 최적의 모양이겠지만 자동차의 엔진을 올리고, 승객이 탈 수 있는 좌석을 확보하기 위해서는 현실적으로 불가능한 디자인입니다. 게다가 앞이 뾰족한 디자인의 차가 실제 도로를 다닌다면 가벼운 추돌 사고만으로도 심각한 사상이 발생할 가능성도 높습니다. 그래서 최근 자동차는 앞이 낮으면서 뭉툭한 디자인으로 만들어 공기저항계수를 낮추면서 혹시 모를 사고가 발생했을 때 사람이나 차량을 보호할 수 있도록 하고 있습니다.

 

또한, 자동차는 주행 시 차체 표면에 유도저항(誘導抵抗)이 생기는데, 이는 차체가 떠오르는 양력이 발생 할 때 부수적으로 생기는 저항입니다. 자동차를 타고 위로 흐르는 공기는 빠르고 압력은 낮으며 아래쪽의 흐름은 늦고 압력은 높습니다. 이 때문에 차체가 떠오르게 되고 차체 뒷면에서는 와류(소용돌이)가 발생해 저항이 커지게 됩니다. 실제 레이싱카는 고속 주행 시 공기의 힘으로 차량이 공중으로 날아가버리기도 하죠. 차량 뒤편이 평평하게 생긴 해치백 승용차와 SUV와 같은 종류의 자동차는 공기가 물 흐르듯이 지나가지 않고 차 뒤에서 소용돌이를 일으키며 다시 말려오기 때문에 앞 유리가 아닌 뒷 유리에 외이퍼가 붙습니다. 따라서 완곡한 경사의 디자인과 더불어 차체 앞부분은 낮으면서 바닥을 바닥에 최대한 밀착 시키거나 스포일러를 장착한 다운 포스 기술을 접목하기도 합니다.


  

하이브리드 자동차와 공기저항과의 연관성



지금까지 연비 향상에 공기 저항 계수가 어떤 영향을 미치는지 살펴봤습니다. 최근에는 연비 향상과 더불어 환경 보호에 대한 이슈로 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아졌는데요. 하이브리드 자동차는 높은 연비에 무게를 두고 개발하는 만큼 다른 자동차보다 자동차 공기 저항을 줄이기 위한 연구와 개발에 지속적인 노력을 기울이고 있습니다.

 

자동차 업계는 공기저항을 줄인 자동차를 개발하기 위해 실내에서 공기 흐름을 측정하는 풍동에 큰 비용을 투자하고 있습니다. 현대자동차의 경우 지면제어장치와 같은 최첨단 시설을 갖춘 남양연구소 풍동 실험장에서 다양한 형태의 시뮬레이션 연구를 진행 중입니다. 풍동 실험 테스트는 자동차가 달릴 때 공기의 흐름을 눈으로 확인하기 위해 파라핀계 오일을 태운 연기를 인공바람과 함께 흘려 보냅니다.

 

, 자동차의 밑면을 막아 공기저항과 고속 주행 안정성을 확보하는 노력을 기울이고 있습니다. 차량의 아래 면을 보면 엔진과 부품 등이 보이는데요. 공기는 차의 앞면을 포함한 옆, , 아래까지 영향을 주기 때문에 최근에는 차 밑을 막아 고속 주행 시 공기의 흐름을 원활하게 만들고 차 밑으로 지나가는 공기로 인한 와류 형성을 차단하고 있습니다.


연비 향상을 위해 자동차 업계에서 진행 중인 연구, 개발에 대해 살펴봤습니다. 그렇다면 낮은 연비와 세련된 디자인을 자랑하는 하이브리드 자동차는 어떤 것들이 있을까요? 국내외 하이브리드 자동차를 소개해드립니다.

 

1. 현대 아이오닉 하이브리드


출처 : 다음 자동차 http://auto.daum.net/newcar/make/model/image.daum?modelid=4727&jsonpage=1#modelid=4727&jsonpage=1&imageid=1491878


현대의 아이오닉 하이브리드는 친환경 전용 모델로 개발된 자동차입니다. 아이오닉의 디자인을 살펴보면 공기저항을 절감하기 위해 낮은 후드와 아주 높은 테일 게이트, 스포일러를 붙인 별도의 유리창 등 여러 디자인 요소를 확인할 수 있습니다. 뒷부분이 높은 형태를 전문적으로 캄 테일(Kamm Tail)이라고 부르는데요. 이렇게 뒤쪽이 절벽처럼 깎인 듯한 디자인은 앞서 말씀 드린 대로 주행 시 발생하는 와류 현상을 최소화 할 수 있으며, 공기저항계수를 낮추는 효과를 볼 수 있습니다.

 

2. 혼다 어코드 하이브리드


출처 : 다음 자동차http://auto.daum.net/newcar/make/model/image.daum?modelid=4758&jsonpage=1#modelid=4758&jsonpage=7&imageid=1505016


혼다의 어코드 하이브리드는 높은 연비와 안정적인 승차감 때문에 패밀리 세단으로 선호하는 자동차입니다. 혼다 10세대 어코드 하이브리드의 경우 더 높은 연비를 위해 이전 모델보다 50kg 가벼운 무게와 패스트백 스타일 디자인으로 공기 저항을 줄였는데요. 패스트백 스타일 디자인은 자동차 뒤쪽 지붕의 경사가 완만한 것이 특징입니다. 후방 시야 확보에는 다소 어려움이 있지만 와류 현상을 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.


  

3. 기아 올 뉴 K7하이브리드

출처 : 다음 자동차 http://auto.daum.net/newcar/make/model/image.daum?modelid=4566&jsonpage=1#modelid=4566&jsonpage=1&imageid=1435738

 

기아자동차의 프리미엄 하이브리드 자동차인 기아 올 뉴 K7하이브리드는 차량 앞면에 공기 저항을 최소화하기 위한 디자인 장치를 추가한 것이 특징입니다. 고속 주행 시 자동차가 받는 저항은 더욱 강해지는데요. 기아자동차는 빠르게 달리는 자동차의 저항계수를 줄이기 위해 다양한 주행 조건을 바꾸는 연구를 계속했습니다. 이에 액티브 에어플랩을 설치, 라디에이어 그릴과 라디에이터 사이 개폐가 가능한 플랩을 장착해 제어하고 고속 주행 시 플랩을 폐쇄함으로 차량의 공기 저항을 감소시키고 주행 안정성을 향상했습니다.


하이브리드 자동차를 타고 고속도로를 달려볼까요?


빠르게 달려도 기름값 부담이 적은 하이브리드 자동차를 타고 드라이브 해보는 건 어떨까요? 스마트폰 내비게이션 ‘맵피’ 의 도움을 받아 마음까지 뻥 뚫리는 드라이브 고속도로를 찾아볼 수 있습니다


맵피가 즐거운 드라이빙이 가능한 ‘파주 자유로’로 안내해드리겠습니다! 파주 자유로는 출판단지부터 오두산 전망대, 헤이리 예술마을, 임진각, 반구정, 프로방스 마을까지 아기자기한 카페와 포토존을 찾을 수 있어 서울을 잠시 벗어나 바람 쐬기 좋은 드라이빙 코스입니다.


  


맵피 메인 화면에서 파주출판단지를 검색하면 현재 위치에서 가장 가까운 경로와 소요 시간, 예상 거리를 편리하게 확인할 수 있습니다.


오늘은 자동차저항계수에 대해 알아보았습니다. 자동차 디자인은 그저 보기에만 좋은 것인 줄 알았는데 이번 기회로 연비와도 관련이 있다는 사실을 알게 됐습니다. 친환경, 고성능 하이브리드 자동차에 대한 수요는 앞으로도 더욱 높아질 텐데요. 하이브리드 자동차의 개발 역시 꾸준히 지속되길 바랍니다. 지금까지 현대엠엔소트프 공식블로그였습니다!



Posted by 현대엠엔소프트

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