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[Formula 1] #23 - F1의 배리어(Barreir)에 대해 (2) : 충격 각도, 콘크리트 월(Concrete Wall), 타이어 월(Tyre Wa
지난 포스팅 [목차] - 가속(Acceleration)이란? 가속의 2가지 요소 가속의 단위, g - 감속 시간을 고려한 배리어 디자인 - 배리어가 진화한 이유 - 배리어의 변화 #1 : 지푸라기 더미 (Straw Bales) - 배리
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[목차]
- 가속(Acceleration)이란?
가속의 2가지 요소
가속의 단위, g
- 감속 시간을 고려한 배리어 디자인
- 배리어가 진화한 이유
- 배리어의 변화 #1 : 지푸라기 더미 (Straw Bales)
- 배리어의 변화 #2 : 캐치 펜스 (Catch Fence)
- 배리어 만들 시 고려사항 : 충격의 각도 (Angle of Impact)
- 배리어의 변화 #3 : 콘크리트 월 (Concrete Wall)
- 배리어의 변화 #4 : 가드레일 (Guardrail)
- 배리어의 변화 #5 : 타이어 월 (Tyre Wall)
개선 #1 : 타이어 월 체이닝
개선 #2 : 벨트로 두르기
개선 #3 : 플라스틱 튜브 삽입
- 배리어의 변화 #6 : 텍프로 (Tecpro)
영국의 소설가인 더글라스 애덤스(Douglas Adams)는 이렇게 말했다.
배리어 만들 시 고려사항 : 충격의 각도 (Angle of Impact)
배리어를 만들 때 고려해야 할 것은 충격의 각도(angle of impact)이다.
코너링을 하다가 차량이 트랙을 벗어나 배리어와 충돌하는 경우, 충돌의 각도가 거의 수직이다.
반면 직선 주로에서의 배리어와 충돌하는 경우, 배리어와 거의 나란하게 충돌하므로 배리어와의 충돌 각도가 작다.
예전 수학시간에 배웠던 벡터를 생각해보자. 배리어를 기준으로 충격의 각도는 배리어에 수직인 힘과 수평인 힘으로 구성된다.
만약 배리어를 기준으로 각도가 크다면 수직방향의 벡터의 크기가 더 크다. 따라서 배리어에 가해지는 힘을 어떻게 흡수하느냐가 중요하다.
반면 충돌의 각도가 작다면 수평방향의 벡터의 크기가 크므로 대부분의 힘은 수평의 힘이다. 이때는 배리어의 변형없이 차량이 배리어를 타고 서서히 속도를 줄이도록 해야 한다.
배리어의 변화 #3 : 콘크리트 월 (Concrete Wall)
충돌의 각도가 작을 때에는 콘크리트 벽이 제격이다.
콘크리트 벽은 단단하기 때문에 차량이 배리어에 수직으로 들어오면 차량이 그대로 박살 나버린다. 하지만 앞서 말한 직선 구간에서 마찰력으로 차량의 속도를 줄이는 데에는 좋다.
하지만 이런 걱정을 할 수 있다. 직선주로라도 수직으로 부딪힐 수도 있지 않나? 이를 위해 도로와 배리어 사이의 거리를 줄인다.
차량이 데브리를 밟는다거나 타이어 펑쳐가 나는 등의 이유로 통제불능됐을 때 트랙에서 배리어로 돌진하게 된다. 이 때 도로와 배리어 사이의 거리를 줄이게 되면 배리어까지 도달하는 시간을 줄일 수 있다. 시간이 줄면 줄수록 차량이 배리어에 수직으로 부딪힐 확률이 더 낮아진다. 따라서 주행하던 직선 방향 그대로 배리어에 부딪히게끔 만들 수 있게 된다.
이는 캐나다 서킷의 마지막 시케인 직전 긴 스트레이트 구간을 생각하면 된다.
배리어의 변화 #4 : 가드레일 (Guardrail)
가장 대표적인 콘크리트 벽과 같은 녀석이 가드레일(Guardrail)이다.
공도에서도 자주 볼 수 있는 가드레일을 자세히 보면 더블유(W) 모양이다. 이렇게 더블유 형태로 만드는 이유는 레일을 더 단단하게 만들기 위함이다.
수학적으로 설명하면 어렵지만, 이는 종이를 구부리면 구부린 면이 단단해지는 효과가 있는 것과 그 원리가 동일하다. 또는 피자를 잡을 때 구부리면 끝이 단단하게 고정되는 것과 같은 원리이다. 그래서 가드레일에 부딪히면 부딪힌 지점과 좀 떨어져 있는 곳은 굉장히 단단하기 때문에 차량이 속도를 서서히 줄이는 데에 좋다.
가드레일 뒤쪽에는 기둥(말뚝)이 박혀있고 여기에 공간을 만들어주는 스페이서(spacer)가 있다. 얘들은 충격을 흡수하기 위해 잘 구부러지고 변형이 잘 되게끔 설계되어있다. 그런데 기둥과 스페이서는 한번 망가지면 고치기 어렵고 그 가격이 비싸다. 그리고 런오프 에어리어가 그리 넓지 않은 저속 코너에서 그 역할을 톡톡히 한다. 하지만 이런 제약사항에 모나코와 같은 서킷에서만 한정적으로 사용 가능하다.
배리어의 변화 #5 : 타이어 월 (Tyre Wall)
타이어 월은 현재 F1 경기장에서 가장 사랑받고 있는 배리어의 형태이다.
타이어 월은 타이어를 쌓아 줄을 잘 맞춘 더미 같은 녀석인데, 이는 차량이 부딪힐 때 그 충돌을 부드럽게 하려고 만들었다. 타이어는 고무이기 때문에 스프링처럼 변형되며, 물렁물렁하고, 부드럽고, 잘 으깨지는 성질이 있다. 쓴 헌 타이어는 굉장히 싸고 접근성이 좋기에 구하기도 쉽다.
세대에 걸쳐 타이어 월을 여러 방면에서 개선해왔다.
개선 #1 : 타이어 월 체이닝
타이어월은 일단 그냥 쌓여 있는 것이 아니라, 체인으로 묶여있다. 그렇기 때문에 쉽게 월이 부서지지도 않고 헐렁하지도 않다. 만약 타이어끼리 묶여있지 않으면 차량이 부딪혔을 때 타이어가 튕겨져 다 날라가 버릴 것이다. 하지만 묶여있으면 흩어지지 않게 되고, 흡수한 에너지를 다른 타이어로 전달시킬 수 있다.
더 타이트하게 묶을수록 타이어 월은 더 단단해진다. 마치 스프링이 단단한 트램펄린처럼 말이다.
만약 타이어 행을 더 추가하면 비슷하게 더 견고하게 만들 수 있다. 보통은 2~6개의 행을 사용하며, 행 개수가 적을수록 더 부드럽기 때문에 저속 충돌에 어울리고, 행 개수가 많을수록 더 견고해지고 단단해져서 고속 충돌에 어울린다.
개선 #2 : 벨트로 두르기
이러한 타이어 월은 아주 큰 벨트로 덮여있는데, 이러면 장점은 아래와 같다.
첫째로 만약 벨트로 묶여있지 않으면 타이어 월 표면이 울퉁불퉁해 지고, 이는 차량이 충돌했을 때 차량을 스핀하게 만들 수 있다. 하지만 벨트로 묶으면 표면이 평평해져서 차량이 슥 스쳐 지나가게 할 수 있다. 이렇게 되면 차량이 스핀하는 일이 줄어들 것이다.
둘째로 커버 되어있으면 차량이 타이어 월에 쳐 박히지 않을 수 있다. 커버가 없으면 다트처럼 타이어 월을 뚫고 들어갈 수 있다. 이렇게 차량이 박혀버리는 경우 차량을 빼내는 게 어렵고, 드라이버 머리에 타이어 월이 부딪힐 수 있다. 지금은 헤일로에 의해 어느 정도 보호받고 있지만, 헤일로가 없던 시절은 아주 위험했다.
개선 #3 : 플라스틱 튜브 삽입
타이어 월의 또 다른 발전은 타이어 구멍 안에 플라스틱 튜브를 넣는 것이다. 좀 더 딱딱하게 만들어서 구부리는 데에 더 큰 힘이 필요하도록 한다. 이는 더 많은 에너지를 흡수한다는 것을 의미한다.
배리어의 변화 #6 : 텍프로 (Tecpro)
배리어의 끝판왕 텍프로 배리어이다. 텍프로 배리어는 우리가 원했던 2가지 기능을 충족한다.
텍프로는 빨간색 텍프로와 회색 텍프로가 있다.
빨간 텍프로는 충격을 흡수하는 역할을 한다. 빨간텍프로는 안이 비어있어서 물렁물렁하고 잘 으깨지는 경향이 있다.
회색 텍프로는 좀 더 표면이 단단하다. 빨간 텍프로처럼 속은 비어있지는 않고, 조금 물렁한 폼이 들어있으며 내부에 철로 된 벽이 매립되어 있어서 차량이 관통하는 것을 방지한다.
빨간 텍프로와 회색 텍프로를 어떻게 배치하느냐로 적절하게 배리어를 구성할 수 있다.
하지만 이러한 텍프로에도 단점이 있다. F1 차량은 노즈가 굉장히 낮다. 이로 인해 텍프로와 충돌할 때 텍프로 배리어에 부딪히기 전에 노즈가 텍프로를 들어올리게 될 수 있다. 결과적으로 텍프로 뒤에 있는 벽에 부딪혀버리게 된다. 텍프로 배리어의 무게가 많이 나가지 않아 발생하는 것일 수도 있지만, 배리어가 제 역할을 못하는 것은 매우 위험한 일일 수 있다.
마치며
지금껏 배리어가 변화하면서 드라이버와 다른 많은 사람들의 목숨을 지켜냈다. 지금껏 변화되고 발전해온 것과 같이 앞으로도 F1 배리어는 계속 진화하지 않을까 싶다.