세 팀이 헝가리전을 위해 '마카레나' 윙을 준비하고 있습니다.
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공기 역학
현대의 모든 표면 F1 자동차의 디자인은 프론트 윙 엔드플레이트부터 배기구 출구까지 모든 부분이 공기역학적으로 신중하게 설계된 결과물입니다.
공기역학은 현대 포뮬러 1에서 가장 중요한 성능 요소입니다. 이제 그리드의 앞쪽과 뒤쪽의 차이는 몇 가지 다운포스 수치로 측정되며, 차량의 모든 차체 부품은 공기 흐름이 더욱 효율적으로 작동하도록 돕기 위해 존재합니다. (그레이엄 제공) Hill의 첫 번째 조심스러운 날개는 모나코 1968년부터 2022년에 재도입된 지면효과 바닥까지, F1 공기역학적 설계는 이 스포츠의 핵심적인 경쟁 요소 중 하나였습니다.
포뮬러 1에서 공기역학이란 무엇을 의미할까요?
F1에서 공기역학은 자동차 주변과 아래로 흐르는 공기의 흐름을 연구하고 관리하는 것으로, 두 가지 상반된 목표를 가지고 있습니다. 하나는 공기 흐름을 원활하게 하는 것이고, 다른 하나는 공기 흐름을 원활하게 하는 것입니다. 다운포스 타이어를 노면에 밀착시켜 코너링 속도를 높이고, 최소화하기 위해 드래그 그래서 자동차는 가속력을 높여 경쟁력 있는 최고 속도에 도달할 수 있습니다. 엔지니어들은 한 시즌 내내 이 두 요소의 비율을 미세하게 개선하기 위해 노력하는데, 동일한 항력 대비 더 많은 다운포스를 생성하는 자동차가 모든 구간에서 더 빠르기 때문입니다.
정의하는 두 가지 힘 F1 공기 역학
다운 포스
다운포스는 차량이 형상화된 표면, 특히 프론트 윙, 리어 윙 및 플로어 위로 공기를 밀어낼 때 발생하는 하향 공기역학적 힘입니다. 현대의 F1 자동차는 고속 주행 시 자체 무게의 몇 배에 달하는 다운포스를 생성할 수 있습니다. 이러한 추가적인 수직 하중은 엄청난 횡방향 접지력을 제공하며, 이것이 바로 그랑프리 경주용 자동차가 일반 승용차라면 트랙 밖으로 튕겨 나갈 만한 속도로 코너를 돌 수 있는 이유입니다.
친애하는
항력은 자동차가 공기를 가르며 나아갈 때 발생하는 공기역학적 저항입니다. 항력은 속도의 제곱에 비례하여 증가하기 때문에 직선 주행 성능은 자동차의 항력 수치에 매우 민감합니다. 모든 날개 요소, 모든 공기 흡입구, 그리고 차체의 모든 돌출부는 항력에 영향을 미칩니다. F1 자동차는 절충안입니다. 유용한 다운포스나 냉각 흐름을 생성하는 동시에 피할 수 없는 항력을 발생시킵니다.
간략한 역사 F1 공기 역학
1968년: 최초의 날개
공기역학은 중요한 학문입니다. F1 규율은 1968년 5월 그레이엄이 모나코에서 시작되었다. Hill로터스 49B는 소박한 프론트 윙과 작은 리어 스포일러를 장착했습니다. 곧 최대 효과를 위해 서스펜션에 직접 장착되는 조절식 윙이 등장했습니다. 일련의 구조적 결함으로 인해 FIA 빠르게 이동하기 위해, 그리고 1969년에는 날개가 동체에 통합되어 고정된 상태를 유지해야 했습니다.
1977년부터 1982년까지: 지면효과 시대
콜린 채프먼의 로터스 78은 1977년에 새로운 아이디어를 도입했습니다. 사이드포드 아랫면을 역 에어포일 형태로 만들어 차체 아래쪽의 공기를 가속시켜 저압 영역을 생성하고, 이를 통해 차체 전체를 노면에 밀착시키는 방식이었습니다. 후속 모델인 로터스 79는 1978년 레이싱계를 지배했습니다. 경쟁 팀들은 점차 더 극단적인 스커트형 차체 하부를 개발했지만, 코너링 시 발생하는 하중이 인체와 1970년대 차체 기술이 안전하게 감당할 수 있는 한계를 넘어서자, FIA는 1983년부터 스커트형 차체 하부를 금지하고 평평한 차체 하부를 의무화했습니다.
1983년부터 2021년까지: 날개 주도형 공기역학
거의 40년 동안 F1 자동차는 복잡한 상부 차체, 프론트 윙 캐스케이드, 바지보드, 터닝 베인 및 리어 윙 어셈블리의 계층 구조를 통해 대부분의 다운포스를 생성했습니다. 이러한 설계 철학은 아름다운 디자인의 자동차를 만들어냈지만, 동시에 이 스포츠의 결정적인 문제점을 야기했습니다. 선두 차량의 난류 후류가 뒤따르는 차량의 공기역학적 성능을 저하시켜 근접 주행을 극도로 어렵게 만들고 추월을 불가능하게 만든 것입니다.
2022년: 지면 효과의 귀환
2022년 기술 규정은 FIA 기준에 따라 지면 효과를 다시 도입했습니다. 차체 바닥은 벤투리 터널 형태로 재설계되었고, 프론트 윙은 단순화되었으며, 바지보드는 금지되었습니다. 현대식 차량의 약 60%가 이러한 변화를 겪었습니다. F1 이제 차량의 다운포스는 날개가 아닌 차체 바닥에서 발생하며, 뒤따라오는 차량에 미치는 와류는 훨씬 더 깨끗하도록 설계되었습니다. 고속 주행 시 발생하는 공기역학적 튕김 현상인 포포이징은 새로운 규정 하에서 첫 시즌의 가장 큰 기술적 과제로 떠올랐고, 모든 차량의 차고 조정을 불가피하게 만들었습니다.
현대 항공기의 주요 공기역학적 구성 요소 F1 자동차
- 앞날개: 차량의 균형과 하류의 모든 것이 의존하는 흐름 구조를 설정합니다.
- 바닥 터널 및 벤투리 터널: 2022년 이후 주요 다운포스 발생원으로, 최소한의 항력 손실로 접지력을 생성합니다.
- Diffuser: 바닥 뒤쪽에 있는 경사로는 공기 흐름을 주변 압력으로 되돌려 바닥 효율을 높여줍니다.
- 리어윙: 다운포스를 추가하고 2025년까지 개최되었습니다. DRS 액추에이터;
- 사이드포드 및 흡입구: 냉각 공기를 경로로 보내면서 외부 흐름을 해당 방향으로 유도합니다. diffuser;
- 빔 윙: 리어윙과 연결되는 하부 리어윙 요소 diffuser 흐름.
왜 공기역학이 챔피언십의 승패를 결정짓는가
타이어, 엔진, 변속기 기어비가 그 어느 때보다 엄격하게 표준화되어 있기 때문에, 공기역학은 팀들이 가장 큰 자유를 누리고 성능을 최대한 끌어낼 수 있는 영역입니다. 랩 타임에서 다운포스 효율이 단 0.1초만 차이 나도 승패가 갈릴 수 있습니다. pole 그리고 P5. 풍동 실험 시간은 공기역학 테스트 규정에 따라 팀별로 제한되어 있으며, CFD(전산 유체 역학) 실험은 예산이 한정되어 있어 엔지니어들은 우선순위를 냉정하게 정해야 합니다. 테스트 일정을 가장 가치 있는 실험으로 채운 팀들이 시즌 내내 꾸준히 가장 높은 성적을 거두었습니다.
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자주 묻는 질문 F1 공기 역학
포뮬러 1에서 공기역학은 언제부터 도입되었나요?
본격적인 공기역학 개발은 1968년 5월 모나코에서 그레이엄에 의해 시작되었습니다. Hill로터스 49B는 작은 앞날개와 뒷날개를 장착했습니다. 이후 서스펜션에 장착하는 조절식 날개가 등장했지만, 여러 차례 구조적 결함이 발생한 후 1969년에 금지되었습니다.
F1에서 지면 효과란 무엇인가요?
지면 효과는 차량 하부를 역 에어포일 형태로 설계하여 차체 아래의 공기 흐름을 가속시켜 저압 영역을 생성하고, 이 영역이 차량을 노면에 밀착시키는 다운포스입니다. 로터스가 1977년에 이 기술을 최초로 도입했으며, 2022년 규정에서 다시 도입되었습니다.
현대 차량에서 다운포스의 대부분은 어디에 있을까요? F1 차는 어디에서 왔나요?
2022년부터 F1 자동차의 경우, 다운포스의 약 60%는 앞뒤 날개가 아닌 차체 바닥과 벤투리 터널에서 발생합니다. 2022년 이전에는 날개와 차체 상부가 다운포스의 주요 원천이었습니다.
F1에서 '더러운 공기'란 무엇일까요?
더러운 공기란 선두 차량이 만들어내는 난류를 말합니다. 이는 바로 뒤따라오는 차량의 공기역학적 표면을 교란시켜 다운포스를 감소시키고, 추월을 어렵게 만듭니다. 2022년 규정은 이러한 문제를 해결하고 추월을 용이하게 하기 위해 특별히 고안되었습니다.
돌고래처럼 솟구쳐 오르는 현상(포포이싱)이란 무엇인가요?
포포이징은 지면 효과 차량에서 발생하는 고속 수직 진동 현상으로, 차체 바닥이 노면에 너무 가까워지면서 다운포스가 소멸되었다가 다시 방출되면서 차체가 반동할 때 발생합니다. 이 현상은 2022년 시즌을 특징짓는 요소가 되었으며, 각 팀은 이를 제어하기 위해 차고를 높이고 바닥 강성을 강화해야 했습니다.
공기역학 개발은 어떻게 규제되나요?
FIA는 공기역학 테스트 규정을 통해 풍동 테스트 시간과 CFD(전산 유체 역학) 시뮬레이션 실행 시간을 제한하는데, 이는 챔피언십 순위에 따라 결정되므로 상위권 팀일수록 테스트 시간이 줄어듭니다. 또한 재정 규정에 따라 비용도 제한됩니다.
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