그라운드 이펙트 오해와 진실

그라운드 이펙트가 다운포스를 만들어낸다.

맞기도 하고 틀리기도 한 말입니다.

그라운드 이펙트, 즉 지면효과는 말 그대로 지면이 만들어내는 효과입니다. 땅이 만들어내는 효과란 이야기입니다.

날개가 땅에 가까워지면 가까워질 수록 날개가 만들어내는 힘이 늘어나고 저항이 줄어들게 됩니다.

즉, 다운포스를 만들어 내는 날개들은 땅에 가까워질 수록 다운포스가 증가하니 그라운드 이펙트가 다운포스를 만들어낸다는 말이 맞는 말 같기도 합니다.

그런데 비행기의 날개는 땅에 가까워질 수록 다운포스는 커녕 오히려 리프트 (위로 뜨려는 힘)이 강해집니다. 그래서 그라운드 이펙트가 다운포스를 만들어낸다는 말은 맞기도 하고 틀리기도 한 것이지요.

또한 그라운드 이펙트는 땅에 가까워질 수록 점점 더 효과가 커집니다. 그래서 많은 사람들이 디퓨져가 발생하는 힘이 그라운드 이펙트라고 말하는 것 같습니다. 디퓨져와 프론트윙 처럼 땅에 가까이 있는 장치들은 그라운드 이펙트 덕분에 효율이 좋아집니다. 즉, 그라운드 이펙트는 다운포스를 만들어 내는 원리 자체가 아닌 왜 효율이 더 좋아지는가를 설명합니다.

위그선은 대표적으로 그라운드 이펙트를 활용하는 배입니다. WIG ship에서 WIG자체가 Wing In Ground effect (그라운드 이펙트를 받고 있는 날개)란 뜻이죠.

사진에서도 볼 수 있듯 보통의 비행기보다 훨씬 짧은 날개로 물 위에 붙어서 날아가고 있는 것을 볼 수 있습니다. 날개의 효율이 좋아졌기 때문에 가능한 일입니다.

WIG선이 아주 높이까지 날았다며 대단하다고 하는 경우도 있지만 WIG선은 원래의 목적이 낮게 날면서 효율이 좋도록 만들어진 것이고 비행기는 원래 높이 날죠.

그럼 그라운드 이펙트는 왜 생기는 것일까요?

우선 공기가 빨라지면 압력이 낮아지고 공기가 느려지면 압력이 높아진다는 것은 많이 알고 계실거라고 생각합니다.

위 그림을 보면 중간 부분의 볼록한 부분에서 대충 높이가 4분의 3으로 줄었으니 속도는 3분의 4정도 늘었겠죠. 속도가 늘은 만큼 압력은 줄어들게 됩니다.

저 볼록한 부분이 날개의 아랫면이라고 생각해보세요. 압력이 낮아졌으니 땅쪽으로 당기는 힘이 생기고 다운포스가 생기겠죠.

그리고 이렇게 땅에 더 가까워지게 되면 이제 높이가 거의 반으로 줄어서 속도는 거의 두배가 될껍니다. 아까보다 훨씬 더 빨라지면서 압력도 훨씬 더 낮아지고 다운포스도 그 만큼 늘겠죠.

이 외에도 다른 효과가 있으나 여기서는 ‘아 이래서 땅에 가까우면 다운포스가 늘겠구나’ 정도만 이해하고 더 자세한 것은 다른 글에서 다루도록 하겠습니다.