자동차의 공기저항 계수 Cd란? 산정방식에 대해서 알아보자

 자동차 CD(공기저항계수, Drag Coefficient)는 차량의 공기역학적 성능을 나타내는 지표입니다. 공기저항계수가 낮을수록 차량이 공기저항을 덜 받기 때문에 연비가 향상되고 고속주행 시 안정성이 증가한다. 심지어 이것은 차량의 성능을 이야기하는 제로벡부터 연비까지 애까지 영향을 끼치니 차량제조사 입장에서는 최대한 낮게 설정하는 것이 필수적이라 할 수 있겠다.

 

 

위를 보면 cd라는 것은 형상에 의해 결정되는 어느 정도의 고정값으로 알 수 있다 물론 여기에 하지만 무작정 낮게 할 수도 없는 것이 기본적으로 자동차가 가져야 하는데 무게나 특성들 혹은 인적안정성 중요하기에 어느 정도의 타협과 중간지점을 찾아야만 한다. 그렇기에 현대에 와서 양산차가 가질 수 있는 최저의 공기저항계수는 0.2 정도다라는 것이 어느 정도 계산되어 있지만 이는또 언제 달라질지 모른다.

 

 물론 이를 세부적으로 계산하고 어떤 방식으로 산정되는지 이해하기 위해서는 마그누스효과나 베르누이방정식부터 온도예 따른 변화까지 굉장히 많은 기반이론하에서 계산된 방식이지만 오늘은 이건 치워두고 간단히 어떠한 식으로 산정되고 어떤 차가 뛰어난지 가볍게만 알아보자 

공기저항계수의 원리

 위표에서 말했지만 공기저항계수란 차량이 움직일 때 공기와의 상호작용으로 인해 발생하는 저항력을 측정하는 지표다. 이 저항력은 차량의 속도, 공기 밀도, 차량의 전면 면적, 그리고 차량의 형상에 의해 결정되므로 가장 베이스는 뉴턴의 제2법칙에서 출발해서 공기의 흐름까지 연구한 꽤나 복잡한 방정식을 만들었다,

 

수식은 아래와 같은데

 

• FD​는 공기저항력 (Drag Force)
• ρ는 공기의 밀도
• v^2는 차량의 속도.
• A는 차량의 전면 면적
• C_D​는 공기저항계수

정도임을 이해하면 되겠다 뭐 밀도와 속도 면적에 따라 달라지며 결국은  측정치인 F가 산정치인 C로 계산이 된다로 이해하자

 

공기저항계수가 낮을 때의 장점

그렇다면 왜 이렇게 공기저항 계수를 고려하는 걸까 공기저항계수가 낮으면 장점을 어디까지 논리로 연결할 수 있을까에 대해 이야기해 보자

1. 연비 향상

공기저항이 낮아지면 차량이 동일한 속도로 주행할 때 필요한 에너지가 줄어들기 때문에 연비가 향상된다. 이는 연료 소비를 줄여 비용 절감과 환경 보호까지 수만은 장점과 직결할 수 있으며 결국 이를 낮게 해야 하는 큰 이유가 된다.

2. 고속 주행 안정성

공기저항계수가 낮은 차량은 고속 주행 시에도 안정적이다. 공기 흐름이 차량 주위로 원활하게 흘러가면서 불안정한 요인들을 최소화하고 변수가 줄어들기에 고속에서도 차량의 핸들링이 조진다.

3. 성능 향상

낮은 공기저항계수는 차량의 전반적인 성능을 향상한다. 이로 인해 가속 성능이 좋아지고, 최고 속도에 더 쉽게 도달할 수 있다는 것은 곧 제로백이 짧아짐을 의미한다. 

4. 소음 감소

 공기저항이 낮을수록 주행 중 발생하는 바람 소음이 줄어듭니다. 이는 차량 내부의 소음 수준을 낮춰주어 더 조용하고 편안한 승차감을 제공하며 NVH적으로도 이점이 많다.

5. 배출가스 감소

 결국 연비향상과 직결되는 부분으로 연비가 향상되면 같은 거리를 주행할 때 배출되는 이산화탄소와 다른 유해 배출가스의 양이 줄어든다.

 

대충 논리를 만들어봤을 때도 이 정도인데 뭐 더설명할 필요가 있을까? 하지만 무작정 낮게 했을 때 또한 문제가 발생하는데 결국 트레이드오프 관계에 있는 것은 양산성과 가격이다. 유선형에 가까운 디자인이란 것은 그만큼 만들기 힘들고 제작하는데 애로사항이 많이 발생하는데 그로인에 따라오는 부차적인 가격 및 내구도의 문제까지 생각을 하면 무작정 낮게 가져갈 수도 없다는 점이 또 발목을 잡는다.

 

결론적으로 현대의 자동차 회사들은 수많은 연구를 통해 적적량을 찾아가고 있다 정도로 이해하자 그래서 많은 제조사들이 이러한 문제를 해결하기 위해 수많은 발전을 겪었는데 어떤 방식으로 발전해 왔는지는 다음글을 참조해 주길 바란다.