[F1 칼럼] Formula 1 rule changes: The Secret Aerodynamicist

 어제 말씀드린 대로 오늘은 BBC에 칼럼을 기고하고 있는 'The Secret Aerodynamicist'가 이번에 쓴 2021 시즌 규정 변화에 대한 칼럼을 가져왔습니다.

 올해 프리시즌 테스트가 끝나고 쓴 칼럼에서 정확하게 메르세데스와 페라리의 시즌 흐름을 짚어냈던 바가 있는데 이번 칼럼에서도 2021 시즌을 준비하는 각 팀의 모습을 엿볼수 있을것 같습니다.

 그러면 출발해 보겠습니다. 원문은 아래 링크에서 보실수 있습니다.

https://www.bbc.com/sport/formula1/50222105

 F1 규정 변화 : 익명의 공기역학 전문가

 (Formula 1 rule changes: The Secret Aerodynamicist)

 F1 팀의 디자인 부서들, 예를 들어 제가 수석 엔지니어로 일하고 있는 부서는 매년 이맘때 쯤이면 균형을 잡아내는 까다로운 활동에 직면하게 됩니다.

 아직 마지막 몇번의 시즌 말의 레이스카 업데이트가 있지만 대부분 우리의 노력은 다음 시즌의 레이스카에 집중되어 있습니다. 사실, 그것은 우리가 지난 몇달간 즐기고 있던 것에 대한 댓가라고 할수 있겠습니다.

 시즌 초에는 그리드를 끌어올리기 위해 주사위를 굴리듯이 내년 시즌 레이스카 개발을 바꾸고 싶은 유혹이 항상 있습니다.

 그러나 다른 면으로는 현재 우리의 레이스카가 다른 팀들보다 개발에서 뒤쳐질수도 있게 만들고 상금에서 손해를 보게 되어 다음 시즌에 어떻게든 성능이 떨어지게 됩니다.

 그것은 마치 과거 몇몇 팀들을 이겼지만 다른 팀들에게 수년 동안 당했던 도박과 같습니다.

 올해, 2021 시즌을 위해 계획된 중요한 기술 규정들의 개편들로 중요한 계산들은 더욱 복잡해지게 되었습니다.

 얼마나 빨리 2021년을 위한 디자인을 시작할지와 거기에 얼마나 많은 자원을 쓸지 결정하는 것은 어려운데, 특히 제안된 규정들이 꾸준히 바뀌고 이 스포츠에서 정치적인 상황이 어떻게 흘러가는지에 따라 전혀 도입되지 않을수도 있기 때문입니다.

 '빅3' 팀들은 새로운 규정들에 반대하고 있고 페라리는 그것들에 대해 거부를 행사할수 있는 막강한 옵션을 가지고 있습니다. 그런 경우에, 우리가 투자한 어떤 일이든 완벽히 시간 낭비가 될수 있습니다.

•  새로운 규정 뒤에 있는 생각은 무엇?

 새 규정의 목적은 한 차가 성능을 잃지 않고 다른 차를 따라가는 것을 더 쉽게 만들고 그로써 접전과 많은 추월을 얻게 하기 위함입니다.

 지금, 드라이버들은 추월을 위해 앞에서 달리는 차에 충분히 가까이 붙는데 어려움을 겪고 있습니다. 왜 그것이 그렇게 어렵고 새로운 규정이 어떻게 도움이 될까요?

 공기역학은 때때로 다른 차를 따라가는 어려움 때문에 비난을 받습니다. 궁극적으로, 이 모든 것은 우리가 '휘저어짐 (Churning)' 이라고 부르는 웨이크(후류, 後流 ,Wake)때문인데 F1 레이스카 처럼 생긴 몸통의 뒤쪽으로 흐르는 난기류입니다.

 이 공기를 보는 것은 어렵기 때문에 사람들은 여기에서 무슨 일이 일어나는지 상상하는데 어려움을 겪을수 있습니다. 아이디어를 얻기 위해, 강에서 당기는 노를 보도록 합시다. 여러분은 소용돌이치는 물이 노의 뒤로 끌려가는 것을 볼수 있습니다. 이것이 노의 웨이크이고 그것은 F1 레이스카의 뒤쪽으로 흐르는 공기와 매우 유사합니다.

•  왜 웨이크가 그렇게 문제가 될까?

 F1 레이스카가 코너를 빠르게 도는 이유는 공기역학적인 다운포스로 인해 트랙에 눌리기 때문이고 이것은 타이어 그립과 대부분의 차들이 밀려나 옆의 울타리로 돌진할 속도에서 도로위에서 스키드 마크를 그리며 멈출수 있게 만들어 줍니다.

 다운포스는 차 아래에서 흡입이나 낮은 압력을 발생시키는 데에서 오고, 공기의 압력을 낮추기 위해서는 그것의 속도를 올려야 합니다.

 그러나 다운포스를 만들어내는 차의 능력은 차를 지나가고 있는 공기의 특성에 영향을 받습니다. 좋은, 부드러운 공기 - 혹은 '깨끗한', 우리 공기역학자들이 그것을 때때로 부르는 - 를 주면 차의 다운포스를 만들어내는 표면이 잘 동작합니다. 공기가 무겁고 소용돌이친다면 -우리가 '더러운'이라고 말하는 - 그렇지 않습니다.

 공기가 F1 레이스카를 넘어가고 나서, 그것은 주변에서 소용돌이치고 모든 방향으로 움직입니다. 그것은 또한 약간은 앞쪽에서 달리는 차의 방향으로 끌려갑니다. 실질적으로 그것은 차의 뒤로 흐르는 만큼 빠르게 앞으로 움직이지는 않습니다.

 이것때문에, '더러운' 공기를 '깨끗한' 공기만큼 차 밑으로 빠르게 움직이게 하는것은 불가능합니다. 따라서 뒤에 있는 차는 적은 다운포스를 만들어내는데, 드라이버는 그립이 없어지는 것으로 알아챌 것입니다.

 웨이크는 단지 뒤에서 달리는 차의 문제는 아닙니다. 자신의 차의 몇몇 부분에서 만들어지는 웨이크도 어려움을 만들어냅니다.

 이것에 대한 예로는 앞타이어에서 만들어지는 공기 흐름의 방해일 것입니다. 이것은 다운포스를 만들어내도록 디자인된 뒤쪽 부품에 대해 심각하게 부정적인 효과를 가지고 있습니다. 그 결과 공기역학자들은 앞타이어로부터의 웨이크를 최대한 옆으로 밀어내 자신의 차 밑바닥 아래로 빨려 들어가는 것을 막으려고 합니다.

 그 후에 일어나는 일은 우리에게 작은 걱정거리입니다. 그러나 F1의 소유주들에게는 걱정스러운 일입니다. 왜냐하면 이 공기는 드라이버가 추월하려고 생각하는 뒤쪽의 차를 1초 정도 뒤쪽으로 끌어가기 때문입니다.

•  이 문제는 어떻게 고쳐질수 있을까?

 여기가 새 규정이 들어온 지점입니다. 이 문제를 줄이려고 시도하기 위해서 그리고 차들이 좀더 가깝게 따라가기 위해, F1은 두 가지 접근 방법을 가져왔습니다.

 첫 단계는 우리가 디자인 할 수 있는 차 앞쪽의 형상, 특히 프론트윙과 프론트휠 주변에 대한 엄격한 제한입니다.

 이것은 우리가 타이어 웨이크를 차 옆으로 밀어내는 능력을 줄일 것입니다.

 두번째는 훨씬 더 강력한 디퓨저 - 차의 뒤쪽 바닥에 구부러진 부분으로 차 밑을 흐르는 공기가 빠져나가는 부분 - 과 리어윙입니다.

 이것은 웨이크를 들어올려 모든 뒷차의 위쪽으로 날려보내 우리가 'Up-Wash'라고 알고 있는 것을 만들어 낼 의도를 가지고 있습니다.

•  새로운 규정이 효과가 있을까?

 일부에서는 이 추가된 Up-wash 자체가 뒷차의 성능, 특히 프론트윙의 성능을 감소시킬 것이라고 우려하고 있습니다.

 이것은 빅 팀들이 규정을 비판할때 F1에 지적했던 우려점들 중 하나, 즉 새로운 레이스카가 앞쪽에 대한 컨트롤의 부족으로 재앙에 직면할 수 있다는 것입니다.

 그러나 F1 산하의 공기 역학 부서에서 진행한 연구는 뒷차에 흐르는 깨끗한 공기의 증가로 인해 이것이 중요하지 않다는 점을 제시하고 있습니다.

 또한, 자유도의 부족이 레이스카들을 더 똑같이 보이게 하고 좋은 디자인을 만들어 낸 것에 대한 보상을 줄일 것이라는 일부 팀의 잡음이 있었습니다.

 그럼에도 불구하고 제가 들은 바로는, F1에 소속된 공기역학자들이 최근까지 풍동에서 실험을 하고 있었고 아직도 많은 성능에서의 이점을 찾아내고 있다고 합니다. 제 생각에는, 가장 맡은 일을 잘 해낸 디자이너의 팀이 비록 레이스카들 사이의 차이는 줄어들겠지만 2021년에도 가장 빠른 레이스카를 만들어 낼것입니다.

 개인적으로, 저는 좋은 디자인과 나쁜 디자인을 만들어낸 팀 사이의 랩타임 차이가 줄어드는 것은 나쁜 일이 아니라고 생각합니다.

 그것 모두는 좋은 드라이버들이 더 그들의 노력에 대한 보상을 받을 가능성이 높다는 것을 의미할 것입니다. 경쟁자보다 0.2초 빠른 드라이버는 차가 0.1초 느리다고 하더라도 레이스에서 여전히 이길수 있습니다. 만약 F1의 '빅3'와 나머지 팀들 처럼 차이가 0.5초나 그 이상이라면 드라이버들은 차이를 만들어낼 수 없습니다.

 물론 F1에서 항상 그래왔듯이 모든 사람들은 그들의 이익이 보호받기를 원합니다.

 그러나 저는 FIA와 F1이 그들의 원래 계획을 고수하고 있고 목요일에 FIA 세계 의회가 결정할 규정은 원래 계획에 충실하다고 듣고 있습니다. (글쓴이 주 : 10/30 에 발표된 규정을 말하는것 같습니다.) 만약 그들이 승인을 받아낸다면 그것은 개발 레이스의 출발점이 될 것입니다.

•  팀들은 규정에 어떻게 접근하고 있는가

 두가지 규정 (글쓴이 주 : 2020년 규정은 올해에서 크게 바뀌지 않기 때문에 2019, 2021 시즌 규정을 얘기하는것 같습니다.) 을 가지고 3대의 다른 차 (글쓴이 주 : 2019, 2020, 2021 시즌 레이스카) 를 한꺼번에 만들어내는 작업은 특히 자원이 이미 빠듯할 경우 공기 역학 부서에게는 정말 힘든 일입니다.

 저는 다른 팀에서 일하는 친구들로부터 알려지지 않은 2021 시즌 규정의 다수에 다르게 접근하고 있다고 듣습니다. 

 저는 적어도 한 팀이 2021 모델을 이미 풍동 실험에 가끔식 투입하고 있다고 알고 있습니다. 이것은 그들이 다른 팀보다 앞서간다는 것을 의미할지도 모르지만 풍동 실험의 제한으로 그들은 허가된 올해와 다음 해의 레이스카 개발에서 멀어질 것입니다.

 규정이 지난 몇 달에 거쳐 바뀌어 왔다는 것을 감안할때, 그들이 했던 일은 제한된 연관성을 가지고 있을 것입니다.

 그들이 뒤로 밀려날지, 혹은 그것을 빠져나가 2021년을 위한 경쟁에 뛰어들지는 100만 달러 짜리 질문 (매우 어려운 질문)입니다.

 저는 다른 팀들이 좀 더 보수적인 접근방법을 선택했다는 것을 알고 있습니다. 그들은 시간 낭비와 틀린 관점에서 보려는 노력을 피하기 위해 규정이 완전히 결정될때까지 기다리는 것을 선호하고 있습니다. 그들이 2년이라는 긴 개발 경쟁에서 너무 뒤쳐져서 따라잡지 못할까요? 시간만이 알려줄 것입니다.

 개인적으로, 저는 우리가 자신있게 디자인 작업에 참여할수 있도록 규정이 확정되기만을 원하고 있습니다.

 공기역학자로서, 광범위한 변화가 밀려오는 것은 알고 있다고 생각했던 모든 것들을 버리고 다시 배워야 하기 때문에 항상 흥분됩니다. 거기에는 뚜렷한 낙관론과 기회의 느낌이 있습니다.

 아마도, 정말 아마도, 우리는 2021 시즌 세계에서 가장 빠른 레이스카를 디자인 할 것입니다.

 -끝-