와류 발생기의 개념과 특징

‘와류발생기(VG) = 자동차의 에어로파츠’

 차량의 주행에 방해되는 항력을 줄여 차량 퍼포먼스를 높이는 에어로파츠 중에는 와류 발생기(Vortex Generator: VG)가 있다.

 오늘은 이러한 와류발생기의 개념 및 특징에 대해 쉽게 알아보자.

1. 와류발생기란(Vortex Generator: VG)?

 차량의 주행에는 여러 힘이 작용한다. 그중 차량 주위의 공기 흐름에 의해 발생하는 항력은 연비를 낮추고 차량 퍼포먼스를 약화시키는 역할을 한다. 따라서 공기역학적 구조를 통해 차량에 작용하는 항력을 낮추는 형상을 만드는 것이 중요하다.

 하지만 일반적인 자동차의 경우 좌석/트렁크와 같은 공간이 필수적으로 존재하기에 최적화된 공기역학적 구조를 가지기는 어렵다. 이러한 한계로 인해 차량 퍼포먼스를 저해하는 항력이 만들어지게 되며, 디퓨저, 스포일러, 와류발생기와 같은 에어로파츠가 항력을 줄이는데 도움을 주게 된다.

 와류발생기는 10cm 내외의 작은 사이즈로 차량의 여러 부위에 적용하지만, 대게 공기의 흐름이 활발한 차량 상부에 놓인다. 여러 모양이 있지만 주로 샤크 핀을 여러 개 나열한 모양을 가지는데, 보기에는 단순한 일렬로 나열된것처럼 보이지만 실제로는 각 핀의 각도나 형상 등이 공학적으로 많은 실험과 연구를 통해 구성된 형태이다.
 

2. 와류발생기(VG)의 원리

 물체가 빠른 속도로 공기를 가르며 이동하게 되면 물체의 전면에서 압력저항이, 사이드면에서는 점성저항이, 후미에서는 와류저항이 발생한다. 이때 압력저항으로 생긴 고기압의 공기는 물체를 따라 흐르면서 점성 저항에 의해 에너지를 잃으면서 후미에 다다를 때면 낮은 저기압 혹은 진공상태가 된다.

 이에 따라 공기는 후미 멀리까지 흘러가지 못하고 저압상태의 공간으로 빨려들듯 빠르게 그 공간을 채우면서 소용돌이 와류가 생성된다 와류는 움직이는 물체의 뒤에서 끌어당기는 힘이 작용하는 저항의 성질이다.

 이때 와류 발생기는 상단 표면 지붕 끝단 유동박리가 일어나기 시작하는 지점에 설치하여 인공적인 와류를 만들어 저압 공간에 형성된 와류를 없애는 역할을 한다.

(위) 와류발생기 X (아래) 와류발생기 0

 와류를 상쇄하기 위해서 다른 와류를 만드는 것이 이해가 가지 않을 수 있지만, 이이제이란 말처럼 ‘자연 발생된 와류’를 와류발생기로 만든 ‘컨트롤된 와류’를 이용하여 상쇄시킨다는 개념으로 이해하면 된다.

3. 와류발생기(VG)의 특징

 위의 자동차 실험을 보면 자동차 지붕 끝에서 공기 흐름이 차량 표면과 분리되어 흘러가는것을 볼 수 있다. 이러한 분리 현상은 급격한 경사면에서 크게 발생한다. 이러한 이유로 트렁크가 나와있는 세단보다 웨건이나 SUV차량에서 항력이 더 크다.

 와류발생기는 차량의 다양한 면에 부착하여 항력의 감소효과를 볼 수 있지만 가장 큰 효과를 가져오는 지점은 다운슬로프가 시작되는 후면 창문이다. 또한 차량의 모양에 따라 와류 발생에 효과적인 모양이 다르지만 일반적인 차량에는 높이 2~3cm, 길이 10~12cm, air flow 각도 16~20도에서  가장 좋은 효율을 보이는 것으로 알려져 있다.

 항공기에도 와류발생기라는 장치가 장착된다.항공기용 와류발생기는 차량용과 동일하게 인위적인 와류발생을 통한 항력감소와 더불어 양력증가의 목적으로 사용되고 있다. 항공기는 이착륙시 날개의 받음각이 커져 박리현상이 더 쉽게 일어나는데 이 때 와류발생기는 박리현상을 막아주어 항공기의 조종 안정성을 높여준다.

마무리

 와류발생기는 항력을 줄여 차량의 연비와 퍼포먼스를 높일 수 있는 효과적인 방법 중 하나이다. 하지만 일부는 차량의 외관을 위한 튜닝용으로 와류 발생기를 변형하거나 잘 못 설치하는 경우도 있다. 앞서 설명한것처럼 와류발생기는 고난이도의 기술이 접목된 기술로 자신의 차량에 맞은 와류 발생기를 정확히 확인한 뒤에 장착이 될 수 있도록 해야한다.

휠라이프

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