리어윙

리어윙(rear wing)

리어윙(rear wing)은 차량 뒤쪽에서 일어나는 공기의 와류 현상을 없애기 위해, 자동차의 지붕 끝이나 트렁크 위에 장착하는 날개 모양의 장식 겸용 장치를 말한다.

개요

리어윙은 다운포스를 위해 양력을 생성하는 에어로 파츠이다. 자동차는 주행할 때 공기를 가르면서 달리는데, 이때 차체를 지나간 공기들이 다시 원래 있던 자리로 되돌아가려는 현상이 발생한다. 차체 뒷부분이 진공 상태가 되면서 차량을 당기게 되며 앞으로 가려고 하는 데 방해가 된다. 이로 인해 자동차의 속도가 높아질수록 차체가 위로 뜨는 '양력 현상'이 발생하게 되고 타이어와 노면 사이의 접지력이 약해진다. 이를 해결하기 위해 리어 스포일러(rear spoiler) 또는 리어윙을 장착해 와류의 크기와 위치를 바꾸어 차량의 전 후방 압력 차이를 줄어들게 한다. 자동차 윗면을 따라 흐른 공기가 스포일러의 기울어진 각도에 부딪혀 다운포스를 만드는 반면에 리어윙은 날개 위아래의 압력 차이로 다운포스를 만들어 낸다. 날개 아래 공간을 지나는 바람이 날개의 기울어진 밑면을 타고 빠르게 흐르게 되는데, 이때 윗면에서 발생한 높은 기압이 날개 밑면을 타고 흐르는 낮은 기압을 밀어내면서 다운포스를 만들어낸다. 이로 인해 자동차가 고속 주행 시 공기의 흐름이 효율적으로 진행되면서 주행을 안정적으로 할 수 있고 연비도 높일 수 있다. 리어윙의 역할은 안전성과도 밀접한 관련이 있다. 자동차가 주행할 때 뒤쪽에서 생기는 와류는 차체를 약간 위쪽으로 띄울 수 있다. 엔진 등이 들어 있는 차체 앞부분보다 트렁크가 있는 차체 뒷부분은 상대적으로 가벼운 편이다. 그런데 차체 뒤쪽에서 와류가 발생하면 차체 후방이 살짝 뜨는 현상이 발생한다. 이렇게 뒷바퀴가 지면과 제대로 접촉이 안 되면 긴급 제동 시 사고로 이어질 확률이 높아진다. 그런데 리어윙은 차체 천장을 지나가는 바람이 트렁크 위에서 찰나의 시간 동안 맴돌게 해준다. 덕분에 공기가 트렁크를 살짝 눌러주면서 안전하게 뒷타이어가 지면과 접지되게 만든다.

원리

리어윙 작동원리

비행기의 날개는 양력을 위로 발생시키는 반면에 리어윙은 비행기의 날개를 뒤집은 형태로 설치되어 양력이 아래로 발생시켜 다운포스를 형성하고 접지력을 증가시킨다. 리어윙 아래 공기가 위 공기보다 빠르게 지나가서 아래쪽은 저기압, 위쪽은 고기압이 된다. 리어윙으로 공기가 오면, 리어윙에 의해 일부 공기는 위쪽으로 지나가고 일부 공기는 아래쪽으로 지나간다. 리어윙 구조상 아래쪽 공기가 쥐어짜지는데 이로 인해 지나갈 통로가 좁아진다. 그렇기 때문에 속도가 빠르다. 속도가 빠르면 압력이 낮아지는데, 이는 공기 분자가 더 빠른 속도로 지나가면 분자간 간격이 멀어지게 되고 이로 인해 분자 사이의 거리가 멀어지므로 압력이 낮아지게 된다. 그리고 리어윙은 작용 반작용 법칙에 따라 차가 아래로 눌린다. 리어윙의 끝부분을 살펴보면, 리어윙 끝부분에서 눕혀진 날개에 의해 공기를 위로 밀어 올려지게 된다. 이에 대한 반작용으로 공기가 날개를 아래로 누른다. 만약 리어윙의 각도가 높아지면 공기가 더욱더 수직 방향으로 올려지게 되고 이는 수직으로의 운동량이 더 높아진다는 것을 의미한다. 따라서 리어윙의 각도를 크게 할수록 다운포스가 더 강해진다.

비교

리어 스포일러는 자동차의 후면 상단부에 장착되는 날개 형상의 구조물을 주로 일컫는다. 주로 고성능을 표방하는 자동차나 해치백 및 왜건 형태의 자동차에서 사용된다. 스포일러의 역할은 고속의 주행에서 안정성을 유지할 수 있는 공기 역학적 특성을 끌어내는 것이다. 스포일러란, 본래 고정익 항공기의 날개에서 가져온 개념이다. 항공기의 날개 끝에 설치되어 있어, 착륙 시 전개되는 여러 장의 판형 구조물이 바로 스포일러다. 스포일러는 이름 그대로, 공기의 흐름을 망치는(Spoiling) 역할을 한다. 공기의 흐름을 흐트러뜨려서 항공기가 착륙할 때 날개에서 생기는 양력을 억제해 더욱 원활한 착륙을 할 수 있도록 하는 역할을 한다. 자동차의 스포일러도 그 단면은 고정익 항공기에 설치된 그것과 유사한 형태를 띠며, 그 역할도 같다. 공기의 흐름을 흐트러뜨려서 원하는 공기역학적 특성을 얻는 것이다. 반면에 리어윙은 다운포스를 생성하기 위한 역할을 하는 구조물을 말한다. 리어윙은 자동차 날개를 의미한다. 단, 이 날개는 하늘로 날아오르기 위한 날개가 아닌, 땅에 더욱 바짝 붙어 있기 위한 날개다. 항공기의 날개는 앞에서 뒤로 갈수록 뒤쪽이 내려가는 형상을 취하며, 리어윙은 그 반대의 형상을 취해 공기의 힘을 위에서 아래로 누르는 힘을 발생시켜, 뒷바퀴를 강제로 찍어 누르는 역할을 한다. 리어윙은 주행 중 충분한 양의 공기가 흘러야 제 역할을 할 수 있기 때문에 위치가 상당히 높다. 리어윙의 형상에 따라, 활용할 수 있는 다운포스의 양은 달라지기 때문이다.

참고자료

• 문현식 기자, 〈(자동차의 날개) 리어윙, 왜 있을까?〉, 《이웃집과학자》, 2019-01-22
• 금호타이어, 〈자동차에 날개를 단다? 자동차 스포일러를 알아보자!〉, 《티스토리》, 2017-10-23
• 도주해, 〈공기흐름 아이템 에어로파츠 쉽게 이해하기!〉, 《브런치》, 2017-07-10
• pst8627, 〈자동차 리어윙이란? 스포일러와의 차이는?(리어윙 원리 및 역할 세부설명)〉, 《네이버 블로그》, 2019-10-01
• 짱 필라잇, 〈(Formula 1) #01 - 공기역학, 에어로다이나믹스(Aerodynamics) (1)]〉, 《티스토리》, 2021-09-06
• 박병하 기자, 〈내 차에 날개를 달아줘요 - 리어 스포일러와 리어 윙〉, 《모토야》, 2017-09-19

같이 보기

• 에어로파츠
• 리어스포일러
• 다운포스
• 와류
• 양력

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