국민대학교 태양광자동차제작동아리 KUST 태양광 자동차 백호 출정식 취재

8월 3일 국민대학교 KUST팀이 준비한 태양광 자동차 백호의 출정식이 열렸다. KUST가 1년간 준비한 노력의 결실이자, 우리나라 최초 카본모노코크 솔라카를 만들었다는 자부심을 세상에 보여주는 자리였다. 출정식에서 2015년 WSC에 출전하는 백호(Baek-Ho)를 공개했다.

이성욱 KUST 부회장은 “자식들을 믿고 정신적 지지를 아끼지 않으신 부모님께 가장 먼저 자랑하고 싶었습니다. 그리고 물심양면 지원해주신 교직원분들, 기업 담당자 분께도 감사를 표하고자 이런 자리를 마련했습니다.” 라고 했다. 당일 출정식에는 KUST를 후원한 국민대 유지수 총장, 제작지도 안운상 선생님, 휴먼테크놀로지사업단 김태우 교수, 파워플라자 김성호대표 등 약 200명이 참석하였다.

(방명록) 사람들이 방명록에 응원 문구를 작성하면 선별하여 백호(Baek-Ho)의 내부에 새겨진다. 차량에 각인된 응원문구는 KUST 출전팀이 백호를 정비 할 때마다 볼 수 있다.

 

About KUST

KUST는 2007년에 ECOC라는 이름으로 시작했고, 2012년부터 팀 명칭을 KUST로 바꾸어 활동하고 있다. KUST는 친환경 미래에너지를 활용한 차량을 설계·제작하는 팀이다. 국내·외 다양한 입상 경력으로 KUST의 이름을 드높이고 있으며, 2년마다 개최되는 WSC(World Solar Challenge)에 참가하는 국내 유일의 동아리이다.

KUST는 WSC준비를 위해 6개의 팀을 꾸렸다. 팀관리와 설계 총괄 그리고 비즈니스를 담당하는 매니저팀, 카본 모노코크 ^[각주:1]바디를 만드는 공정설계팀, 서스펜션과 ^[각주:2]스티어링^[각주:3] 및 브레이크 시스템을 장착한 섀시를 담당한 섀시설계팀, 배선과 솔라셀, 배터리, 모터를 책임지는 전자전력팀, 에너지를 효율적으로 쓸 수 있도록 주행전략을 담당한 에너지관리팀, 호주에서 필요한 자금을 조달하고 관리하는 운영팀이 있다.

 

About WSC(World Solar Challenge)

WSC는 총 30여년의 역사를 지닌 대회로 2년 주기로 개최된다. 전 세계의 솔라카(Solar Car)팀들이 참여하여 자체 제작한 태양광 자동차를 통하여 호주의 다윈에서 아델레이드 까지 6일간 서울-부산간 8회 왕복거리인 총 3021km를 종단한다. 연료비용을 줄이기 위해 시작된 WSC는 현재 태양광 전지의 무한한 가능성을 증명하고 있다. WSC 2013에서는 23개국 총 47개 팀이 참여하였으며, 대한민국에서는 국민대학교 KUST가 유일하게 참가한다. 대한민국의 KUST는 2013년 Challenger Class 15위를 차지했다.

 

WSC Route map  (by wsc)

 

About Baek-Ho

KUST는 우리나라에서 유일한 WSC참가팀이다. 따라서 KUST의 출전 차량인 백호는 세계무대에서 우리나라를 대표하는 솔라카가 된다. 한국의 대표 솔라카인 백호의 바디와 섀시의 제작과정과 특징을 살펴보자.

`13년 WSC에서 KUST는 솔라카 ‘독도’로 출전했으나 3021km완주에 실패했다. 이에 독도의 단점을 보완하고 더 좋은 차로 거듭나고자 백호는 가벼운 차, 안전한 차, 슬림한 차를 만들기 위해 CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)를 택했다. CFRP는 알루미늄 무게의 1/3, 알루미늄 강도의 5배다. 이 재질을 쓸 경우 차체를 원하는 형상대로 제작할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 우리나라에서는 탄소섬유를 이용하여 모노코크를 제작한 팀이 없었다. KUST는 우리나라 대표팀인 만큼 선구적인 도전을 했고, 그 결과 KUST는 한국 최초의 카본 모노코크 솔라카인 ‘백호’를 만들어 냈다.

카본바디(carbon body)를 만들기 위해서는 솔라카를 3번 만들어야 했다. 카본바디를 만들기 위해서 몰드(틀)이 필요하고, 몰드를 만들기 위해서는 백호와 똑같은 외형을 가진 마스터모델이 필요하기 때문이다. 이 과정 중에 사용되는 화학제품만 21가지 종류이며, 그 외에 사용할 품목은 30여 가지가 넘는다. 만드는 과정도 4개월 이상 걸린다.

카본바디 몰드의 제작은 목포에서 제작되었다. 언더바디몰드를 만들 때 작업을 중단하면 수지가 굳어버리기 때문에 24시간 동안 쉬지 않고 작업을 진행했다고 한다.

그 다음 백호의 몸을 이루는 카본 적층작업이 이루어졌다. 카본과 카본사이에 코어재료인 허니컴^[각주:4]을 넣어 두께와 강성을 확보할 수 있다. 방대한 양의 카본 프리프레그를 도면대로 잘 재단하고 적층한 후 진공을 잡아 오토클레이브 성형을 한다. 오토클레이브에서 성형을 하고 나온 카본은 천 같은 질감에서 철보다 단단한 카본으로 변한다. 경남테크노파크로부터 작업장 및 장비 그리고 차량이 들어갈 수 있는 오토클레이브를 지원을 받아 작업을 진행했다.

백호의 외형 설계에도 힘을 쏟았다. 외형 설계를 담당한 신형섭(기계 10)군은 100번이 넘는 유체역학 시뮬레이션, 32번의 설계를 거치는 등, 공기역학적으로 최적의 외형을 만들기 위해 노력했다.

차량 내부에 휠 캡(wheel cap) 이라는 부분이 있다. 차의 바퀴가 회전하면서 차의 내부로 유입되는 공기가 큰 저항으로 작용한다. 따라서 바람을 전면 차단하기 위하여 휠 캡이 테이핑 되어 공기저항을 줄인다.

휠 캡보다 먼저 바람을 차단하는 파트가 있다. 바로 페어링이다. 페어링은 차의 전면부에서 바람을 가르는 역할을 하는 것뿐만 아니라, 바퀴에 의해 들어오는 바람을 차단하기도 한다.

백호와 소나타의 공기저항 비교해보면, 시속 70km로 달릴 때 백호는 소나타에 비해 공기저항을 1/7배 덜 받는다. 비유를 하자면 70km/h로 달릴 때 백호에는 아령 2.5kg을 드는 만큼의 힘이, 소나타에는 17kg의 아령을 드는 힘이 작용하는 것이다. 일반적인 차량의 경우 공기저항이 10%가 감소하면 연비 2%를 높일 수 있다는 점에서 백호는 그만큼 공기역학적인효율성을 극대화 한 차다.

공기저항을 최소화하기 위해 바람을 막는 것도 중요하지만 필요한 곳에 바람을 이용하는 것도 중요하다. 호주에서 주행 시 드라이버공간의 온도는 약 50도에 가깝기 때문에 운전자를 위한 환기 시스템 설계도 필요하다. 운전자 석의 앞에서 바람이 들어와 뒤로 나가게 함으로써 운전자가 쾌적하게 주행할 수 있도록 했다.

차량제작과정이 끝나고 사천 주행테스트에서 차량의 성능을 평가했다. 배터리 성능 평가, 타이어 성능 평가, 차량 성능 평가, MPPT^[각주:5] 이상 여부 검증, 가속 주행 분석, 정속 주행 분석, 그리고 형상 계수를 측정했다. 이것으로 섀시의 우수한 밸런스를 검증했다. 시뮬레이션을 통한 공기저항계수 0.122보다 더 낮은 0.1의 형상계수 값을 얻었다. 이는 공기저항 측면에서 상당한 이득을 꾀할 수 있는 수치다. 공기저항 시뮬레이션 결과를 확인했을 때 팀원들 모두가 감격했다고 말했다. 사천 주행테스트를 통해 백호가 `13년 독도에 비해 120%의 차량 성능이 증가했음을 알 수 있었다

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  KUST는 인터뷰 때 “열정과 팀워크만은 세계 어느 팀과 견주어도 뒤지지 않는다.”라고 말했다. 다른 팀과 비교했을 때 KUST의 강점으로 백호의 내구성을 꼽았다. 백호가 차체의 안정성과 고속주행에도 흔들림이 없도록 튼튼하게 설계했다. 모든 부품들이 고가의 장비는 아니지만, 장비 간 호환이 잘 되도록 설계하여, 우수한 성능을 자랑한다.

다만 대회 준비 경험이 부족하고 예산이 여유롭지 않다는 점, 처음 카본 모노코크를 시도한다는 점, 한국이 아닌 호주에서 대회를 치루는 점 등의 어려움이 있다고 덧붙였다. 그러나 한편으로 “이번 대회에서 저희의 진정한 실력을 보여드릴 수 있는 계기가 되기를 팀원 모두가 소망하고 있고, 자신감으로 가득 차 있습니다.”라며 KUST가 직면한 어려움을 극복하고 최선의 성과를 낼 것이라는 자신감을 보였다.

KUST는 출정식에서 젊음, 패기, 열정을 아낌없이 쏟아냈다. 출정식 에 온 팀원 한명 한명의 열정을 고스란히 느낄 수 있었다. KUST 팀원들의 얼굴엔 WSC대회에서 백호가 선전할 수 있을 것이라는 확신과 기대로 가득 차있었다. 아마도 백호에 쏟은 열정에 대한 믿음 때문일 것이다. KUST는 목표를 향한 결연한 의지와 1년 반의 부단한 노력을 백호에 고스란히 녹여냈다. 2015년 10월 18일, 호주대륙에 고동칠 백호의 힘찬 질주를 응원한다.

 

 

.S.F 8기 이규만 (shinhwalgm@gmail.com)

S.F 8기 임채은 (icefr@naver.com)

 

 

 

 

 

 

1. 모노코크) 바디와 프레임(자동차의 하부나 틀을 이루는 것으로 자동차의 기본 뼈대) 이 하나로 되어 있는 차량 구조를 이른다. 보디 자체를 견고하고 가벼운 상자형으로 만들어, 이것에 엔진이나 서스펜션 등을 조립하는 제조 방법이다. 생산성이 좋아지므로 양산 효과가 높아지며, 결과적으로 가격이 내려가고 경량화 되므로, 성능이 향상되고 내구성이 높아진다. by 두산백과 [본문으로]
2. 서스펜션) 자동차의 구조장치로서 노면의 충격이 차체나 탑승자에게 전달되지 않게 충격을 흡수하는 장치다. by 두산백과 [본문으로]
3. 스티어링) 방향을 조종하는 조향 장치를 말하며, 조향 핸들을 가리킬 때도 있다. by 두산백과 [본문으로]
4. 허니컴) 벌집 모양의 성형체이다. 단열재료, 경량 구조재료, 모놀리스 촉매 등에 그 이용 분야가 확산되고 있다. by 두산백과 [본문으로]
5. MPPT) 최대 전력점 추적 (Maximum Power Point Tracking,MPPT)은 태양광 발전 인버터에 사용되는 기법으로, 광전지 배열로부터 가능한 최대의 전력을 얻기 위한 것이다. by 위키피디아 [본문으로]