일본 그랑프리에서 막스 페르스타펜이 압도적인 승리를 거두면서, 일주일 전 싱가포르에서 F1 RB19가 겪은 침체는 트랙과 섀시 설정으로 인한 일시적인 현상일 뿐이라는 사실이 드러났습니다.
2023년 싱가포르 그랑프리는 2022 시즌 F1 마지막 두 번째 라운드였던 브라질 그랑프리 이후 10번의 레이스 중 페르스타펀이 우승하지 못하고 레드불 소속 선수가 시상대에 오르지 못한 첫 번째 사례였습니다. 9월 17일 마리나 베이 서킷에서 페르스타펀은 5위를 차지했고, 팀 동료 세르히오 페레스는 21.441초 차이로 8위를 차지하며 우승자인 페라리의 카를로스 사인츠보다 54.534초 뒤졌습니다.
9월 17일 싱가포르 스트리트 서킷에서 페르스타펜의 RB19. 사진: AP
하지만 F1 세계가 전환점을 기다리는 동안, 레드불은 지난 주말 일본 그랑프리에서 페르스타펜의 압도적인 승리로 질서를 회복했습니다. 스즈카에서 F1 챔피언 페르스타펜은 RB19의 압도적인 파워를 보여주며 2위 맥라렌 드라이버 랜도 노리스를 19.387초 차이로 따돌리고 우승을 차지했습니다.
싱가포르에서 레드불의 갑작스러운 몰락과 이후 스즈카에서 화려하게 부활한 모습은 F1 차량이 차량 세팅, 특히 차고에 얼마나 민감한지를 여실히 보여줍니다. 최근 차량들은 전체 다운포스의 상당 부분을 차지하는 "지면 효과"를 활용하여 차체 바닥의 가장 낮은 지점을 지면에 최대한 가깝게 낮춥니다.
차고에 있을 때의 지상고는 트랙에서의 실제 지상고를 반영하지 않습니다. 다운포스는 일반적으로 속도에 비례합니다. 속도와 다운포스가 증가하면 차량의 서스펜션은 속도가 감소함에 따라 압축되고 이완됩니다. 이론적으로 엔지니어는 다운포스를 극대화하기 위해 지상고를 최대한 낮게 설정합니다. 하지만 트랙마다 실제적으로 달성 가능한 지상고의 한계가 다르며, 이는 트랙의 설계에 따라 달라집니다.
차량 하부 패널의 형태로 차량 높이에도 상당한 제한이 있습니다. 이는 1994년 아일톤 세나의 치명적인 사고 이후 F1 안전 혁명의 일환으로 도입되었으며, 팀들이 위험할 정도로 낮은 차량 높이를 설정하는 것을 방지하기 위한 것입니다.
현행 기술 규정에 따르면, 차체 하부 패널의 두께는 수직으로 측정했을 때 10±0.2mm여야 합니다. 레이스 종료 시점에는 레이스 중 마모로 인해 패널의 최소 허용 두께가 9mm입니다. 대부분의 팀에게 있어 패널 제어는 최소 지상고에 영향을 미치지 않습니다. 제한 패널이 없더라도 해당 수준을 위반하면 불리한 공기역학적 현상인 "퍼포이징(Porpoising)"이 발생하기 때문입니다.
아래에서 본 F1 자동차 섀시 스케치.
"퍼포이징(Porpoising)" 현상은 F1 차량에 벤투리 터널 효과에 기반한 "지면 효과(Ground Effect)"가 적용된 후 발생하는 공기역학적 현상입니다. 차량이 고속으로 주행할 때 섀시 아래로 공기 흐름이 고속으로 빨려 들어가 저압 영역을 형성하여 다운포스를 증가시킵니다.
문제는 차가 더 빨리 달릴수록 차체 하부가 낮아지는 경향이 있다는 것입니다. 차체 하부가 너무 낮아지면 공기 흐름이 막히고 정체됩니다. 즉, 공기가 빨려 들어가면서 발생하는 저압 영역에서 생성되는 다운포스가 감소합니다. 그러면 차체 하부가 지면에서 멀어지는 경향이 있습니다. 그러나 차체 하부가 지면에서 충분히 멀어지면 공기가 차체로 유입되어 차체가 다시 아래로 밀리게 되고, 이 과정이 반복됩니다. 차체 하부의 공기 흐름으로 인한 이러한 제어되지 않는 다운포스 현상을 레이서들은 재밌게도 "돌고래 효과"라고 부릅니다.
2023년 F1 시즌 시작과 함께, FIA는 드라이버들이 "포포징(Porposing)" 현상이 너무 크고 안전하지 않다고 불평하자, 차량 바닥 가장자리에서 측정한 최소 높이를 15mm 높이는 규정을 개정했습니다. 당시 루이스 해밀턴은 아제르바이잔 바쿠 서킷에서 고속 코너 진입 시 차량 제어가 어렵다고 불평했습니다. 차량의 지상고가 높아지면서 특히 메르세데스-벤츠의 다운포스가 크게 감소했습니다.
하지만 레드불의 RB19는 경쟁 차량들과는 다르게 작동합니다 . RB19의 공기역학적 장점 중 하나는 벤투리 효과를 최대한 활용하여 서스펜션 디자인을 적용한 것입니다. 이 서스펜션 디자인은 경쟁 차량보다 낮게 주행하면서도 차량 아래의 공기 흐름을 안정적으로 유지하여 "퍼포이징(Porpoising)" 현상을 방지합니다.
벨기에 스파프랑코르샹은 오루즈 서킷에서 빠른 속도와 다운포스의 조합이 가장 큰 곳이기 때문에, 팀들은 종종 평소보다 높은 차고를 유지해야 합니다. 레드불은 막스 페르스타펀과 세르히오 페레즈에게 차체 하부 보드가 지면에 너무 많이 닿지 않도록 위험 지점에서 속도를 줄이도록 지시해야 했습니다. 그렇게 함으로써 RB19의 차고를 비교적 낮게 유지할 수 있었고, 남은 레이스에서 좋은 기록을 세울 수 있었습니다.
스즈카 RB19의 새로운 바닥 디자인. 사진: F1.com
바쿠와 모나코의 스트리트 서킷에서는 거친 노면으로 인해 상대적으로 높은 지상고가 필요하기 때문에, 레드불이 다른 서킷에 비해 경쟁사에 비해 우위를 점하는 정도는 미미합니다. 높은 지상고가 필요한 트랙은 RB19의 출력을 저하시켜, 대부분의 스트리트 서킷처럼 짧은 코너 서킷에서 경쟁하기 어렵게 만듭니다. 앞 타이어 과열로 인해 RB19가 불리해지기 때문입니다. 결과적으로 레드불은 바쿠에서 페라리에게 출발권을 내주었고, 모나코에서는 페르스타펀이 예선에서 페르난도 알론소를 간신히 따돌렸습니다.
싱가포르는 역대 가장 치열한 스트리트 레이스로 꼽히는데, 고온과 울퉁불퉁한 노면으로 인해 레드불은 불리한 상황을 피하기 위해 평소보다 부드러운 서스펜션을 장착해야 했습니다. 게다가 싱가포르와 같은 레이스 트랙을 위해 특별히 연구되지 않은 새로운 플로어와 디퓨저 디자인이 적용되면서 RB19는 더 큰 손상을 입었습니다.
싱가포르 그랑프리 이전 테스트에서, 더 부드러운 서스펜션은 새롭게 높아진 차고와 양립할 수 없다는 것이 입증되어 RB19의 성적이 좋지 않았습니다. 또한, 레드불은 새로운 플로어팬을 배제하기 위해 기존 플로어팬을 사용하고 서스펜션을 강화했습니다. 이 두 가지 주요 변경에도 불구하고, RB19는 레이스 전날 다음 테스트에서 페라리에 0.3초 뒤처졌습니다.
예선에서 앞서 나가기 위해 레드불은 차량 높이를 낮추는 등 추가적인 변경을 단행했습니다. 하지만 이러한 변경은 참담한 결과를 낳았고, 레드불 소속 두 드라이버는 2018년 러시아 그랑프리 이후 처음으로 3위권 진입에 실패했습니다.
레드불은 트랙의 특성에 맞춰 차고를 높여야 했기 때문에 다른 차량들보다 다운포스가 더 많이 손실된 것으로 보입니다 . 싱가포르 그랑프리가 끝나고 며칠 후, 평소보다 훨씬 평평한 트랙인 스즈카에서 레드불의 문제는 빠르게 해결되었고 RB19는 본래의 모습으로 돌아왔습니다.
스즈카에서의 첫 번째 테스트에서 레드불은 두 가지 바닥 디자인을 나란히 비교 테스트했습니다. 페레즈는 싱가포르 공식 레이스에서 사용되었던 기존 바닥을, 페르스타펜은 싱가포르에서의 첫 두 번의 테스트 이후 일시적으로 폐기된 새 바닥을 테스트했습니다. 레드불이 이 테스트를 통해 목표로 삼은 것은 싱가포르에서 RB19의 부진한 성능의 원인이 새 바닥이 아니라는 것을 확인하는 것이었습니다.
페르스타펜은 9월 24일 스즈카 레이스에서 우승을 차지했습니다. 사진: 레드불
새로운 바닥재 덕분에 페르스타펜은 스즈카에서의 첫 연습 세션에서 팀 동료보다 빠르게 우위를 점했습니다. 따라서 일본 그랑프리 남은 시간 동안 페레즈의 RB19에도 새로운 바닥재가 설치되었습니다. 페레즈는 기존 바닥재를 사용했을 때보다 훨씬 빠른 속도를 즉시 달성했습니다. 이는 싱가포르에서 RB19의 성능 저하가 일시적인 현상이며 스트리트 트랙의 특성과 관련이 있음을 확인시켜 주었지만, 도로 주행에서의 고유한 강점은 여전히 유효합니다.
RB19가 스즈카에서 보여준 성능은 싱가포르 그랑프리 직전에 발표된 TD18과 TD34 기술 지침이 레드불의 힘을 약화시키지 않고, 단지 RB19에 적합하지 않은 트랙 유형과 일치했을 뿐이라는 것을 증명했습니다.
민 푸옹
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