높은 고도는 F1 자동차에 어떤영향을 미칩니까?

일대일 전투나 멋진 폴 포지션 랩의 열기 속에서 쉽게 잊혀지는 반면, 포뮬러 원 자동차의 성능과 심지어 달릴 수 있는 능력은 주로 우리 주위에 떠다니는 수많은 보이지 않는 공기 입자에 달려 있습니다. .

우리가 방문하는 많은 F1 트랙은 해수면에 상당히 가깝고 Zandvoort의 경우 매우 가깝기 때문에 공기 밀도와 고도가 매우 유사합니다. 그러나 멕시코는 이상치이다. 해발 2,285m로 쿠알라룸푸르에 있는 페트로나스 트윈 타워 높이의 5배에 달하는 높이로 모든 서킷 중 가장 높은 고도를 자랑합니다.

그리고 고도의 변화는 F1 자동차의 많은 요소에 놀라울 정도로 큰 영향을 미치며 성능과 작동 방식을 변경합니다... 

 

멕시코의 고도 수준은 다른 F1 위치와 비교하여 어떻습니까?

Autodromo Hermanos Rodríguez는 주변 기압이 780hPa에 불과한 멕시코시티 중심의 남동쪽에 위치해 있습니다. 정상 해수면은 약 1,000hPa이므로 대략 20% 낮습니다. 높은 고도에도 불구하고 가장 낮은 지점에서 가장 높은 지점까지 고도가 3미터 미만인 F1의 가장 평평한 트랙 중 하나입니다. 이것은 부분적으로 멕시코시티가 이전의 호수 바닥에 '멕시코의 계곡'에 자리잡고 있기 때문입니다.

다른 F1 트랙의 가장 높은 고도에 관해서는 아무도 근접하지 않습니다. 실제로 멕시코시티 경기장은 해발 800m에서 측정되는 인터라고스(Interlagos)라는 다음 서킷보다 거의 1,500m 더 높은 곳에 위치해 있습니다.

따라서 멕시코시티 그랑프리에서 경험한 날씨와 온도는 다른 레이스 주말과 특별히 다르지 않지만 대기 조건은 독특하고 팀에게 몇 가지 드문 도전 과제를 제공합니다. 

 

높은 고도가 자동차에 영향을 미치는 이유는 무엇입니까?

고도는 멕시코시티를 달리거나 자동차 엔진에 산소를 공급하는 터보차저 등 우리가 하는 모든 일에 영향을 미칩니다. 그리고 그것은 모두 공기 입자의 양과 특정 높이에서 공기의 밀도와 관련이 있습니다.

대기권이 높을수록 공기는 희박합니다. 공기는 무게가 있기 때문에 해수면에 가까울수록 공기가 아래쪽으로 더 많이 압축되어 밀도가 높은 공기와 더 많은 공기 입자를 의미합니다. 해발 2,285m에서는 해수면에 비해 공기 밀도가 약 25% 낮으므로 산소가 1/4 감소합니다.

F1 자동차에 대해 생각할 때 올바른 작동을 보장하는 많은 중요한 요소가 있습니다. 그 중 세 가지는 공기 역학, 냉각 및 동력 장치입니다. 이러한 요소는 사용 가능한 공기의 양에 따라 크게 영향을 받으므로 공기가 적을수록 성능이 달라집니다.

높은 고도는 경주 자체에 직접적인 영향을 미치지 않습니다. 모든 사람이 같은 방식으로 영향을 받고 랩 초반에 긴 메인 직선과 2개의 DRS 구역이 추월을 촉진하기 때문입니다. 그러나 다른 자동차는 다른 방식으로 고도의 영향에 영향을 받을 것입니다. 일부는 더 잘되고 일부는 더 나빠지므로 멕시코의 경쟁 질서가 뒤죽박죽이 될 수 있습니다. 

 

 

고도는 자동차의 공기 역학에 어떤 영향을 줍니까?

희박한 공기 때문에 멕시코 시티에서 포뮬러 원 자동차의 항력은 훨씬 낮습니다. 차가 방해가 되지 않도록 하는 공기 입자가 적기 때문에 차는 더 빠르고 방해 없이 공기를 뚫습니다. 이것이 바로 우리가 모나코에서 사용하는 날개만큼 큰 날개를 달리면서 최대 속도가 몬자(350km/h)보다 더 높은 멕시코의 직선 도로에서 자동차가 매우 빠른 이유입니다.

그러나 공기 입자가 적으면 차를 지면으로 밀어내는 공기가 적기 때문에 생성되는 다운포스도 줄어듭니다. 실제로 멕시코에서는 고도 때문에 다운포스 손실이 약 25%입니다. 결과적으로 가장 높은 다운포스 사양인 모나코 윙 수준이 사용되지만 공기 밀도가 부족하기 때문에 몬자 윙과 동일한 수준(또는 약간 더 적은 수준)의 다운포스를 생성합니다.

따라서 에어로 그립은 멕시코에서 상당히 낮지만 드래그의 패널티 없이 큰 날개를 달릴 수 있으므로 최고 속도가 매우 높습니다. 

 

 

이 고도 수준은 전원 장치에 어떤 영향을 미칩니까?

우리가 자연 흡기 엔진에 대해 이야기하고 있다면, 연소 과정을 완료하기 위해 엔진으로 유입되는 산소에 의존하기 때문에 고지대 트랙에서의 성능 차이는 훨씬 더 높을 것입니다. 이렇게 하면 25%의 성능 손실이 발생하지만 최신 F1 파워 유닛에서는 터보차저 덕분에 이러한 손실을 피할 수 있습니다.

이는 터보가 믿을 수 없을 정도로 빠른 속도로 회전하여 더 많은 공기를 엔진에 펌핑하기 때문입니다. 정상 고도 조건에서는 약 3배 더 많은 공기를 공급합니다. 더 많은 공기는 더 많은 연료를 펌핑하여 더 많은 전력을 생성할 수 있음을 의미합니다. 멕시코에서 터보는 낮은 공기 밀도를 보상하기 위해 더 열심히 일해야 하며 성능 손실의 일부를 보충하기 위해 더 높은 속도로 회전하여 이를 수행합니다.

그러나 성능 차이를 모두 높일 수는 없습니다. 터보를 20% 더 세게 작동시키는 것은 불가능합니다. 여유가 없습니다. 왜냐하면 그들은 Autodromo Hermanos Rodríguez의 고유한 주변 압력이 아니라 정상적인 경주 조건을 위해 설계 및 제작되었기 때문입니다. 따라서 Power Unit 출력에는 여전히 상당한 감소가 있지만 더 낮은 항력은 이를 보충하고 멕시코 시티 트랙의 긴 메인 직선에서 이러한 놀라운 최대 속도로 자동차를 추진하는 데 도움이 됩니다.

또한 멕시코의 MGU-H에서 수확량이 적습니다. 엔진으로 들어가는 공기가 적으면 MGU-H가 회수하여 유용한 에너지로 전환하는 데 필요한 출력과 배기 가스가 적기 때문입니다. 일부 제조업체는 터보의 크기와 전원 장치 시스템의 레이아웃에 따라 다른 제조업체보다 운이 좋습니다. 

 

 

그리고 왜 높은 고도가 냉각에 영향을 미칩니까?

F1 냉각이 작동하는 방식은 더 차가운 공기 입자가 냉각 흡입구를 통과하여 구성 요소에서 열을 흡수한 후 뜨거운 공기로 차량 뒤쪽으로 분산됩니다. 고도가 높을수록 라디에이터, 공기 흡입구 및 덕트를 통과하는 공기가 적어 냉각이 덜 이루어집니다. 즉, 전원 장치 및 브레이크와 같은 자동차의 다양한 요소가 더 뜨거워지거나 물건을 충분히 식히기 위해 훨씬 더 큰 덕트가 필요합니다.

분명히 팀은 가능한 한 많이 자동차의 냉각 배출구를 열려고 노력하고 공기 흡입구와 덕트의 크기를 늘려 더 많은 공기 입자를 유입하지만 이는 또한 공기 역학적 성능을 감소시키고 자동차의 항력을 증가시키므로 둘 사이의 균형을 찾아야 합니다.

차를 적절하게 냉각시키는 것은 아마도 멕시코에서 가장 큰 도전일 것입니다. 전원 장치의 경우 공기의 질량 흐름이 부족하여 냉각 가능성이 제한되므로 신뢰성을 보장하기 위해 세심한 관리가 필요합니다. 그리고 브레이크가 과열되면 마모나 글레이징이 가속화될 수 있습니다(표면이 타버리고 광택이 나며 마찰이 감소함). 게다가, 더 높은 속도로 회전하는 터보는 터빈과 압축기 요소에 추가적인 기계적 변형을 일으킵니다. 이것은 모두 팀이 고려하고 모니터링하고 대응해야 하는 민감한 문제로 멕시코시티 그랑프리의 흥분과 도전을 더합니다.