중력은 자동차와 비행기의 연료에 어떤 영향을 끼칠까

중력 가속도가 연료 공급 시스템에 미치는 영향

 

편의상 쉽게 표현했습니다만 사실 '중력(Gravity)이 유체 시스템에 미치는 영향'이 더 정확한 내용입니다. 

모든 차량 (비행기, 선박 포함)에 미치는 중력은 연료 뿐 아니라 관련된 모든 유체 (특히 엔진오일 같은)에 작용하기 때문입니다. 

출처 : www.unigrazgehoertuns.org

G-force라 불리우는 이 중력은 급가속, 급감속, 급회전시 경험하게 되는데, 

일반적으로 2-3G, 최고 난이도의 롤러코스터에서 5G 정도로, 이는 자기 몸무게의 다섯 배의 힘으로 내동댕이쳐지는 정도의 힘입니다.

내부의 모든 부품들이 G-force의 영향을 받습니다만. 고정 구조물에 비해 찰랑거리는 유체는 통제 가능한 영역을 쉬이 넘어서곤 하죠.

출처 : www.supercarmag.com

 

대표적으로 자동차 엔진오일입니다. 

엔진의 냉각과 윤활을 담당하는 엔진오일은 엔진 하부의 오일 팬이라는 곳에 자리잡고 있습니다. 

보통 6L 내외의 양으로 오일펌프에 의해 엔진 곳곳으로 전달되지요. 

생각보다 작은 량이 아닌지라, 바닥에 잘 고여있는 편입니다만, 운전자가 헐크(?)로 변신하여 광속운전을 하는 순간 좌로 출렁 우로 출렁, 제어가 불가능 해질 수 있습니다.

출처 : autobahnbuzz.com

엔진오일은 단순 펌핑로스로 엔진에 부담을 주는 정도이지만, 

양이 많은 연료의 경우 (60L 전후) 차량 움직임에 따라 무게중심이 급격히 변하기 때문에 더더욱 관련 장치가 필요해집니다.

 

가장 대표적인 대응 방법은 탱크의 형상변경입니다. 

격벽을 설치하거나 오일이 고일 별도공간을 마련하여 움직임을 규제하는 방법이지요. 

가장 간단한 방법이고, 1960년 F1에 처음으로 진출한 혼다가 불명의 엔진트러블로 고생한 끝에 솔루션으로 격벽을 적용한 사연은 꽤나 유명하기도 합니다.

출처 :  사진내 기재

출처 : www.junauto.co.jp

오토바이 엔진을 생산하던 혼다가 자동차쪽으로 진출하면서 격은 대표적인 시행착오 중 하나로 알려져 있습니다만,

연료탱크의 경우는 양이 많은 관계로 격벽 이외의 스폰지 재질의 흡수재를 사용하는 방법도 사용합니다. 

출처 : www.meeknet.co.uk 

자동차가 아닌 항공기의 경우는 상황이 더욱 복잡해 집니다. 

자동차와 달리 보다 높은 가속도에 노출되는 특징이 있고, 구조상 연료를 날개 에 저장하기 때문이지요. 

날개 한 쪽을 먼저 써버리면 항공기의 동적 불균형이 심해져 추락까지도 이어질 수 있습니다.

출처 : en.wikipedia.org

출처 : en.wikipedia.org

게다가 날개의 면적이 상당해서, 공급관의 길이도 자동차와는 비교되지 않을 정도로 깁니다. 

전투기는 고기동에서 오는 G포스도 견뎌야 하기 때문에, 연료를 공급하는 펌프의 압력도 상당합니다. 기체 내에 고기동에 대비한 별도 연료탱크가 있을 정도입니다.

출처 : twistedsifter.com

지난번 포스팅에서 제트엔진이 개발하기 힘든 이유를 다루어 봤는데요. (포스팅 클릭) 

간단해 보이는 날개 역시 이런 복잡한 속사정이 숨어 있습니다. 엔진 뿐만 아닌 항공기 전체 설계가 까다로운 이유이지요.

 

최근 분위기로 보아 전기 자동차 시대가 성큼 다가오는 느낌입니다. 

엔진이 필요 없기 때문에 역시 관련된 유체들이 덜 쓰이게 될 텐데요. 전기 자동차가 내연기관 자동차 보다 우위인건 이런 이유도 있다고 봅니다. 

물론 저는 엔진 매니아로 남아있겠지만요 ^^

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