티타늄 스키드블록 - 돌아온 F1의 불꽃쇼

이화랑님도 요즘 시간 내기가 어려우신 와중에 저까지 일이 생겨 루트49에 2주정도 신경을 못썼네요. 그사이 애써주신 하로님과 없는시간 쪼개어 WEC스파와 가십포스팅을 해주신 이화랑님께 감사드립니다. 오늘은 금년시즌에 도입된 티타늄 스키드블록에 대해 간단히 살펴볼까 합니다. 작년시즌까지는 싱가폴정도의 야간레이스에서나 볼수 있었던 언더플로어 스파크가 이제는 서킷이나 밤과 낮의 상관없이 쉽게 볼수 있는 광경이 되었습니다

역시 나이트레이스에서 더욱 돋보이는 이런 스파크는 사실 예전 그랑프리에서는 훨씬 익숙했던 모습들입니다. 

OLD & NEW

오래전 80년대 후반이나 90년대 초반에 주로 티타늄합금이나 메탈소재로부터 뿜어져 나오던 오렌지색의 강렬한 스파크들을 자료사진들이나 혹은 영상자료들을 통해 쉽게 찾아볼수 있습니다

금년시즌의 언더플로어 스파크들은 과거에 비해 조금 다른 색깔을 띠고 있는데 거의 화이트계열의 불꽃들을 보여주고 있습니다

 

일반 강과 티타늄의 그라인딩 작업시에 보여지는 칼라특성( Color Character) 비교사진이군요. 역시나 티타늄은 밝은 백색을 띠고 있습니다. 

여기서 잠깐 스키드블록을 알아보기 전에 언더플로어(언더트레이)의 변천사를 알아볼 필요가 있겠는데요 역시나 기본중의 기본이라 할수 있는 지면효과(Ground Effects)에 대해서도 간단히 살펴볼 필요도 있을듯 하군요. 이 분야 역시 정확히 정리하자면 끝도없이 길어지지만 주요 맥락만 살펴보도록 하겠습니다

GROUND EFFECTS

Brabham BT46B, 1978

1960년대초 좀더 빠른 코너링을 위해 다운포스를 늘려주는 윙의 개념이 차츰 도입되기 시작했고 초중반에는 이론적인 그라운드이팩트가 정립되기 시작합니다. 윙의 작동원리와는 별개로 차량하부를 흐르는 공기흐름의 단면적을 최소화 시키면 그러니까 지면과 차량의 사이의 틈새를 줄이면 에어플로우 속도가 가속화되어 하부쪽의 압력이 낮아지는 베르누이의 원리에 기초한 이론으로 바디워크 자체에서 좀더 많은 다운포스를 얻게 되는것입니다. 

짧은 실전투입(2개 그랑프리?)의 역사를 가지고 있는 이른바 "팬카(위사진)" 역시 같은 원리로 에어로다이내믹의 역사 특히나 지면효과를 얘기할때 빠지지 않는 레퍼토리이기도 합니다. 차량하부의 공기를 대형팬을 이용해 후미쪽으로 급속히 빼내어 플로어 아래부분의 압력을 낮춘다는 의도였는데 팬뒤로 하부의 에어로만이 아닌 무수한 데브리들을 후미차량에 날려보내는 바람에 곧바로 금지가 되어버린 기술입니다 

Lotus 78, 1977~78

로터스의 이른바 윙카입니다. 언더플로어 양쪽을 날개모양(Aerofoil)으로 만들어 공기흐름을 가속화 시키는 방법인데 이는 지금의 디퓨저 원천기술이기도 합니다만 이 기술은 동반되는 장치인 사이드포드 측면의 사이드스커트(Side Skirts)와 더불어 측면난류의 유입을 차단하고 일종의 레일효과를 노리는 기술로 이 역시 범프와 연석이 많은 트랙위에서 쉽게 파손이 되면서 밸런스를 잃고 몇번의 큰사고를 일으킨뒤 금지가 됩니다

많은 문제를 야기한 이후 FIA는 결국 지면효과기술을 억제하기 위해 아예 바닥을 평평하게 만드는 평판하부(Flat Bottomed) 규정을 도입하게 되는데 이 역시 완전하고 안전한 방법이 아니라것이 세나의 사고를 통해 나타나게 됩니다만 아무튼 이 시대 FIA의 안전을 위한 규정변화는 어떻게 하면 플로어하부의 에어로사용을 규제하느냐로 모아집니다

위 사진은 91년 멕시코그랑프리에서의 전복사고 차량의 하부를 보여주는 사진인데 풀플랫형태의 플로어를 볼수 있습니다.

그리고 세나의 사고......사고의 원인으로 몇가지가 거론되고 있습니다만 그중에서도 극단의 언더플로어에어로 이용으로 인해 하부에어로의 순각적인 밸런스붕괴가 원인으로 지목돼 플로어 구조자체를 바꾸게 됩니다

Honda RC-F1, 1996

이후 도입된것이 바로 단차면(Step Plane) 디자인입니다. 플로어하부에 단차를 두어 레이스중 극단적인 지상고활용을 통한 에어로의 이득을 아예 없애버리자는 취지입니다. 위 사진에서 보듯이 가운데부분이 볼록하게 아래로 내려와 있습니다. 95년부터는 이런 단차플로어가 규정화 되었습니다. 나무판재로 된 스키드블록 역시 비슷한 시기에 도입이 되었고 하위카테고리에까지 보급되게 됩니다 

여기서 잠깐 현대F1의 플로어하부 명칭들을 알아 볼 필요가 있을듯 하군요, 위 그림에서 청색이 최저지상고의 측정지점이 되는 기준면(Reference Plane) 그리고 연하늘색이 단차면(Step Plane) 그리고 노란색이 오늘의 주제인 스키드블록(Skid Block, Plank)이고 빨간색표시는 기준면과 단차면의 연결부인 트랜지션입니다

후방에서 봅 모습인데 이정도면 확실하게 언더플로어의 명칭에 관해 이해하실수 있으리라 봅니다

SKID BLOCK

위 드로잉과 글은 FIA의 2015년 테크니컬 레귤레이션의 부록(Appendix)에 있는 스키드블록에 관한 드로잉과 레귤레이션인 Article 3.13입니다. 대충 스키드블록의 형태와 제원에 대한 설명입니다만 우선 몇개의 구멍들(50Ø, 80Ø)이 나오는데 이건 검차과정에서 깊이게이지(Depth Gage)를 이용해 레이스중 스키드블록이 과도하게 마모되었는지 측정하는 부위입니다. 그리고 드로잉에는 표시가 안되어 있지만 10mm의 구멍이 4개가 있는데 이는 서바이벌셀 하단에 부착하는 ADR(사고기록장치: Accident Data Recorder)을 부착하기 위함입니다.

현대의 F1에선 프론트와 리어의 높이가 다르기(노즈다운형태)때문에 주로 측정이 이뤄지는 부분은 앞쪽인 스플리터 부분입니다만 측정부위인 기준면이 최저지상고 규정을 위반하는 사례가 거의 없을 정도입니다. 이는 초반 풀탱크일때의 최고다운포스 상황에서도 겨우 프론트쪽이 긁히는 정도라면 레이스피니쉬후 쿨다운랩에서 타이어마블들을 잔뜩 묻히고 들어오는 차량의 정지상태 지상고는 이미 상당히 높아져 있다는 얘기이고 이런 변화에 발맞춰 FIA는 오래전부터 최저지상고가 아닌 스키드가 얼마나 많이 긁혔느냐(Bottoming)에 촛점을 맞춰 검차과정에서 스키드블록이 닳은 정도를 측정합니다. 이 모든게 과도한 다운포스를 얻기 위해 최저지상고(Ride Height)를 지나치게 낮게 설정하는것을 막기 위함입니다. (각팀의 최정지상고 셋업은 실제로 많은 차이가 있다는군요 팀별로 프론트쪽은 10mm정도의 차이가 있고 리어쪽은 40mm까지 차이가 날 경우도 있습니다)

최저지상고규정 실격사례는 1994년 벨기에GP에서 베네통의 미하엘 슈마허가 스키드블록의 과다마모로 실격처리된적이 있으며 조던의 야노 트룰리 역시 같은 이유로 2001년 미국그랑프리에서 실격처리 되었지만 항소가 받아 들여져 순위를 유지할수 있었던 케이스가 있습니다

사진처럼 전복사고나 트랙마샬들의 리커버리때나 가끔 재브록(Jabroc)재질의 스키드블록을 볼수가 있습니다. 작년 바레인에서 말도나도의 딱지뒤집기 신공

이렇게 플로어가 다 조립된 후에 실런트를 발라 부착하게 됩니다. 물론 볼팅작업도 병행되겠구요

TITANIUM SKID PLATE

F1 race director Charlie Whiting said the new blocks are also there for safety reasons.

“The skids have formerly been made of a heavy metal, which has been very resistant to wear, and [the teams] put the skids around the points in the plank where thickness is measured,” Whiting said.

“This metal is extremely heavy and when pieces detach they can be extremely harmful. We saw two punctures in Spa previously because of bits of this metal that lay in a kerb and caused damage.

“In a worst case scenario, they could fly off and hit someone.”

변역해 보자면 

F1 레이스디렉터인 찰리 와이팅은 새로운 (스키드)블록이 안전상의 이유로 도입되었다고 말했습니다

스키드는 마모에 저항하기 위해 중금속으로 만들어져 있다, 그리고 판재의 두께를 재기 위한 기준점이 된다

이 금속은 매우 무겁고 떨어져 나가면 매우 위험하다. 우리는 스파에서 이 금속이 원인이 된 두번의 펑처를 경험했다, 최악의 시나리오는 이것이 날아가 누군가를 강타하는 것이다

작년시즌 실버스톤에서의 미디어컨퍼런스때 있었던 인터뷰 내용입니다. 찰리 와이팅과의 Q&A시간에 역시나 화제가 되고 있었던 티타늄 스키드블록에 대한 질문이 있었고 그에 대한 와이팅의 답변이 있었습니다만. 가장 먼저 안전을 위한 조치라고 했던 기억이 있군요. 그당시에도 그랬지만 사실 얼마전까지도 정확한 발언의 요지를 알지 못했습니다. 스키드플레이트가 무거운 금속으로 되어있다???....혹시 텅스텐 밸러스트를 얘기하는건가???

이 사진을 보기전엔 말이죠. 이것 역시 규정의 루프홀일 가능성이 높습니다. 위에서 규정집에 언급한 판재의 모양과 규격 그리고 재질에 대한 언급만 있었지만 저렇게 측정포인트를 보호하고자 어댑터형식의 이물질을 대선 안된다는 규정은 없으니까요. 아무튼 저 어댑터라고 해야하나? 아니면 프로텍터라고 불러야 하나?....아무튼 저게 마찰이나 충격에 떨어져 나가면 상당히 위험한것만은 분명해 보입니다.

 

(자료추가)

 

 

아래 댓글로 JJ님이 자료를 보내주셔서 사진추가합니다. 전시된 로터스차량의 하부쪽인데 스키드블록 부분만 확대해 봤습니다 역시나 두장을 이어서 부착한것으로 보이며 위에 언급한 측정구의 금속어댑터가 끼워진 모습을 확인할수 있습니다. 귀한 자료 감사합니다

결국 작년시즌 두번정도의 FP세션 테스트를 통해서 모습을 보이게 됩니다. 브라질GP 마그누센 테스트런

오스트리아에서의 로즈버그 테스트런

앏은 티타늄플레이트와 재브록플레이트. 나무재질의 플레이트는 규정에 두장으로 구성될수도 있습니다. 판재의 나머지 반쪽이 어딘가에 있겠지요

덧대는 부착방식은 잘 모르겠지만 앞쪽(스플리터쪽)으로 덧댄 모습입니다

이 새로운 아니 다시 돌아온 스파크들은 F1포토그래퍼들에게는 더할나위 없는 소재가 되겠고 레이스 전체적으로도 드라이버마다의 브레이킹포인트나 하드브레이킹정도 그리고 차량간의 셋업차이 또는 연습주행에서의 숏런페이스와 롱런시뮬레이션을 구분할수 있는 좋은 증거가 될수도 있겠단 생각이 듭니다. 

스파크는 대개 풀탱크인 오프닝스틴트나 아니면 첫피트스탑에서 윙플랩 각도를 높였을때 가장 활발하며 레이스 중반이 되면 확연하게 줄어드는 모습을 보이더군요. 아무튼 F1그랑프리에 시각적인 요소가 한가지 더 늘어난것은 결코 나쁜건 아니란 생각이 듭니다만 사실 이게 엄청나게 중요한건 아니죠. 현재의 F1에는 이보다 훨씬 중요한 산적한 문제들이 즐비하단 제 생각엔 변함이 없습니다

끝으로 한가지 덧붙이자면 이렇게 추월을 위해 슬림스트림을 이용한 추월기동이 대부분이겠지만 지난 바레인에서 가끔씩은 저런 핼멧을 직격하는 스파크를 피해 회피기동하는 모습들도 눈에 띄었던것 같습니다. 나이젤 만셀같은 드라이버는 트랙의 범프지점을 이용해 후미드라이버에게 불벼락을 쏟아붓는걸 작전으로 즐겨했던 드라이버로 실제로 후미드라이버의 바이저가 점점이 녹았다고 하더군요. 

오랜만의 포스팅이라 시간이 좀 걸리는군요.....ㅠㅠ......오늘은 여기까지 입니다