차가운 포르쉐 GT3RS 에어로다이나믹 이야기

 
신형 포르쉐 911 GT3RS는 이전 GT3와는 많이 다른 형상의 에어로를 가지고 있습니다. 해외자료를 분석하면서 양산차로써 어떠한 기술들이 적룔되었는지 알아보려고 합니다.

911 GT3RS는 285km/h에서 최대 860kg의 다운포스를 가집니다. Porsche Active Aerodymic, PAA는 전면에는 차체 하부에 달린 2개의 메인 플랩과 브레이크 에어 덕트에 있는 작은 플랩을 가지고 있고 후면에는 리어윙 또한 액티브입니다. 전동으로 작동하는 전면과 달리 후면은 하중이 더 강하기 때문에 유압식을 채택하였습니다. 특이한 점으로는 extreme한 장소에서는 다운포스를 제한하여 타이어 부담을 줄이는 기능도 있다고 합니다. 최대한 다운포스를 줄이면 cw 0.39로 최대속도 296km/h를 낼 수 있습니다.  DRS, Drag Reduction System은 100km/h 이상, 95% acc pedal일 경우에 활성화됩니다. 반대로 프론트와 리어 윙을 최대로 전개하여 airbrake를 사용하기도 합니다.
 

  밖으로 보이는 가장 큰 특징은 열려있는 휠아치로 휠하우스 내부 압력을 줄임과 동시에 bargeboard로 지저분한 공기 흐름이 차량 아래로 지나가는 것을 방지하고 후면으로 자연스럽게 유도합니다. 휠아치 위의 덕트는 내부압력을 줄이는 역할을 함과 동시에 다운포스를 형성합니다. 차량 외부로 흐르는 공기가 휠하우스 안에 갇혀있던 유속보다 빠르기 때문에 베르누이 효과로 다운포스를 형성하기도 합니다.
  rear wheel에도 마찬가지로 bargeboard가 있습니다. 공식 설명에 따르면 optimised airflow에 도움을 준다고 하네요

정돈된 airflow / Bargeboard aero in F1 machines

aerodynamics underbody

RR 구조의 포르쉐답게  리어 디퓨저는 간소합니다. MR구조의 다른 동급의 슈퍼카들에 비해서 뒤쪽에 엔진이 위치하므로 리어 디퓨저가 가질 수 있는 다운포스의 양은 한정적입니다. 페라리나 멕라렌의 트랙 전용모델이  포르쉐처럼 큰 리어윙을 가지지 않는 이유는 리어 디퓨저로 만들 수 있는 다운포스의 양이 충분하기 때문입니다. (람보르기니가 윙을 달고 나오는 것은 V10이기 때문에 V8을 쓰는 페라리나 멕라렌에 비해서 엔진 위치가 조금더 뒤에 있어서는 개뿔 그냥 디자이너들이 그렇게 그렸기 때문이라고 합니다)  리어 디퓨저는 ventury effect로 다운포스를 형성하는데 front splitter를 지나 차체 하부를 지나온 공기가 리어 디퓨저를 만나면서 다운포스를 형성합니다.

당연히 가운데 속도가 증가시키는, 즉 공기가 차체의 가운데를 지나갈 때에는 속도가 빠를 수록 다운포스가 커지고 뒤에서는 속도가 더 많이 줄 수록, 즉 디퓨저의 높이가 더 높아서 유속 차이가 커질 수록 큰 압력차가 발생하여 다운포스가 커집니다. 그래서 underbody 사진에서 프론트 휠 뒤의 pin으로 공기를 정렬하여 와류를 방지하고 / 풀 언더커버를 씌워서 유속에 방해될 만한 요소들을 차단시키고 / 디퓨저의 높이를 높이려고 하는 것입니다.

간단한 베르누이 효과 / 물기둥의 높이 차이가 압력차이

 

디퓨저에서 받는 힘의 방향이 저렇다고 하네요.... 맞나?

 당연히 더블위시본 형태를 가지는 GT3RS의 달라진 더블 위시본 형상도 강조하는데 물방울 형태로 만든 덕에 프론트 축에 최대 40kg의 다운포스를 만들며 양산차에는 처음 적용하였다고 합니다. F1에서도 오픈형인만큼 위시본 형상에 더 많은 신경을 쓸거 같다만 자료는 나중에 추가하겠습니다

 

center radiator concept with S-shaped air flow through the front

포르쉐의 center radiator는 엔진오일을 냉각합니다. S-duct는 제가 아는 그 형상이 맞는지는 모르겠습니다만

F1에서도  S-duct를 사용합니다. F1 머신에서 사용되는 S-duct는 상단의 NACA 덕트로 빠져나가는데요 drag를 줄이면서 다운포스를 형성한다.. 라지만 라디에이터가 있는데 큰 효과가 있는지 모르겠네요

gts 모델에는 보시다시피 거의 수직으로 꽂힙니다. 기존의 라디에이터 위치로 보아 s duct를 통한 flow는 휠아치 위로 빠져나가는 것 같습니다

마지막으로 리어윙의 높이. 역대 포르쉐 중에서 최초로 지붕 높이보다 리어윙의 높이가 더 높습니다. 리어윙의 높이가 높아지면 차체를 지난 공기 흐름의 영향을 적게 받으므로 더 많은 다운포스를 형성하는데 유리하지만 높아질수록 윙을 받치는 지지대에서 와류가 발생하기 때문에 적당히 조절하는 것이 중요합니다. swan-neck 형태의 스포일러를 채택했을 때 lift coefficient를 0.2에서 0.05 수준으로 감소하였던 것으로 기억합니다