글 : 한동옥, 사진 : 캐논데일, 한동옥
2018 투르 드 프랑스를 앞두고, 캐논데일이 그동안 라인업에 빠져있던 퍼즐의 마지막 한 조각을 채워 넣었다. 바로 공기역학적인 로드바이크, 시스템식스(SystemSix)다.
시스템식스는 자전거를 구성하는 각 부품들의 공기저항을 최대한 줄이는 방법을 써서 만든 자전거로, 최고 레벨의 선수뿐만 아니라 동호인을 포함, 누가 어느 장소를 타도 가장 빠른 자전거를 목표로 만들어졌다.
캐논데일이 투르 드 프랑스를 한 주 앞두고 전 세계의 자전거 기자들을 스페인 지로나(Girona)로 불러들여서 지금까지 가장 오랜 기간 개발하고, 가장 많은 부품들을 하나의 시스템으로 고려해 개발한 ‘빠른’ 자전거, 시스템식스를 공개했다.
지로나는 피레네산맥과 가깝고, 주민들이 자전거에 친화적이며, 도시 인근으로 자동차의 통행이 적은 도로가 거미줄처럼 놓여 있어서 안전하게 라이딩을 할 수 있다. 그래서 120여 명이나 되는 프로 사이클리스트들이 지로나에 살고 있다고. 시스템식스의 테스트 라이드 무대로도 적합한 것은 당연한 일.
속도의 비밀, 저항을 줄여라
캐논데일의 첫 에어로 로드바이크인 시스템식스의 핵심, 공기역학 설계를 담당한 네이슨 베리 박사는 공기역학전문가다. 그는 시스템식스를 소개하기 전에 사이클링에 있어서 ‘파워’란 무엇인가 그리고 자전거의 속도를 저하시키는 원인들에 대해서 설명하기 시작했다.
사이클링에서 쓰는 파워는 에너지의 사용량을 의미하는데, 와트(Watt)를 단위로 쓴다. 같은 파워를 썼을 때 효율적인 자전거가 더 빠르고, 효율적인 자전거란 저항을 줄인 자전거를 의미한다. 같은 속도로 달릴 때 더 적은 힘을 쓸 수 있다는 것.
베리 박사는 자전거를 탈 때 만나는 저항으로 6가지 요소를 들었다. 공기저항과 구름저항, 구동계에서의 손실, 휠베어링 마찰, 오르막 그리고 가속상황이다. 라이더들은 이 6가지 요소의 저항을 반드시 만나게 되는데, 개발팀은 어느 요소가 가장 큰 저항을 만들어내는지 그리고 각 부분을 어느 정도씩 줄여가며 최적화해야 하는지 파악해야 했다. 3% 정도로 일정하게 나타나는 구동계 손실을 제외한 나머지 다섯 가지 요소는 수식을 통해서 어느 정도의 손실이 있는지 계산할 수 있었고, 이를 토대로 효율적인 자전거를 개발하기 시작했다.
공기역학성능을 향상시키기 위해서 쓰는 툴은 2가지가 있다. 바로 CFD(Computational fluid dynamics, 전산유체역학)와 풍동실험장이다. 그리고 이 둘은 따로 따로 써서는 안 되고, 함께 썼을 때 효과가 있다. CFD는 공기가 어떻게 흐르는지, 왜 그런지를 보여주고 윈드터널은 실제로 그 양이 어느 정도인지를 알려준다. 공기역학적인 자전거를 개발하려면 CFD를 통해서 디자인을 하고 윈드터널에서 결과를 보는 과정을 끊임없이 반복하게 된다.
언덕에서도 빠른 에어로바이크?
캐논데일이 시스템식스를 만든 이유는 무엇일까? 답은 간단하다. 공기저항을 줄이는 것이 속도를 얻는 가장 효과적인 방법이었기 때문이다. 멈춰진 자전거를 페달을 밟아 속도를 올릴 때, 처음에는 타이어의 구름저항과 휠베어링의 회전저항에 큰 영향을 받는다. 그러다가 시속 15㎞가 되는 순간부터 공기저항이 이미 총 저항의 50%를 차지하며 가장 큰 요소로 올라오고, 속도가 더 높아짐에 따라 급격히 상승하게 된다. 결국 속도는 공기저항과의 싸움이다.
여기까지는 평지를 달릴 때의 조건이었다. 도로에 경사도가 주어지면 상황이 달라지기 시작한다. 경사가 심해질수록 구름저항의 영향력이 조금씩 감소하고, 공기저항의 비율이 크게 낮아지게 된다. 75㎏인 라이더가 300와트로 라이딩할 때를 기준으로 경사도가 0%일 때는 공기저항을 이기는데 250와트를 쓰게 되는데, 경사도가 5%가 되면 자전거의 속도가 줄어들면서 50와트 이하가 공기저항을 극복하는데 쓰이고 230와트 이상이 라이더와 자전거를 합친 무게를 경사면 위로 끌어올리는데 쓰인다. 그리고 10%를 넘어서면 공기저항은 거의 사라지고 경사면 그 자체를 이기는데 대부분의 힘을 쓰게 된다.
캐논데일은 체중 75㎏인 테스트라이더에게 시스템식스(7.8㎏)와 경량 올라운드 모델인 수퍼식스 에보(6.8㎏)를 번갈아 태우고 300와트로 달릴 때, 경사도에 따라서 어느 자전거가 더 빠른지를 실험했다.
결과는 흥미로웠다. 언덕을 오를 때는 무조건 가벼운 자전거가 빠를 것이라는 예상과는 달리 0에서 6%까지 시스템식스가 더 빨랐기 때문이다. UCI의 무게 제한까지 다이어트한 수퍼식스 에보는 6% 이상의 경사도에서 제 실력을 발휘했다. 0%에서는 시스템식스가 수퍼식스 에보보다 3㎞/h 더 빨랐고, 경사도가 10%가 되면 수퍼식스 에보가 3㎞/h 가까이 빠르게 나타났다. 자전거 자체에서의 무게 1㎏은 큰 차이지만, 라이더까지도 하나의 시스템으로 본다면 1㎏의 무게 추가는 큰 차이가 아니라는 결과다.
캐논데일은 특정상황이 아닌 이상 경사도가 6%를 넘어서는 코스가 이어지는 경우는 드물기 때문에 대부분의 라이더들이 시스템식스의 탈 때 더 빨리 달릴 수 있다고 말한다.
캐논데일은 현재 그랜드투어에서 사용 중인 경쟁사들의 에어로바이크들과 풍동실험 결과를 비교했는데, 정면에서 불어오는 바람 뿐 아니라 요앵글(입사각)의 변화에서도 모든 경쟁 자전거보다 더 나은, 그것도 상당히 높은 수준으로 따돌렸음을 발표했다. 시속 48㎞로 달릴 때 타사 에어로 로드바이크보다 최소 6와트, 최대 23와트를 아낄 수 있다는 것. 그리고 전통적인 형태의 경량 로드바이크인 수퍼식스 에보와 비교 시 50와트 덜 쓰면서 달릴 수 있다고 한다. 결과적으로 시스템식스가 UCI의 규정을 준수하는 내에서 가장 빠른 자전거라는 것.
시스템식스는 프레임, 포크, 휠, 시트포스트, 핸들바와 스템까지 6가지 요소를 하나의 시스템으로 보고 개발했다. 윈드터널에서만 빠른 것이 아니라 실제 어느 도로에서건 가장 빠른 자전거를 목표로 했기 때문이다.
테스트 결과 시스템식스는 경사도 6%까지는 계속 에너지를 아끼며 달릴 수 있다는 걸 알 수 있었는데, 그랜드투어에서 볼 수 있는 경사도가 극심한 HC급 코스에서는 어떨까?
체중 62㎏인 라이더가 350W로 트루 드 프랑스 단골 힐클라임 코스인 알프 듀에즈 14㎞ 구간, 상승고도 1100미터를 오르는 실험 조건에서 수퍼식스 에보가 시스템식스보다 10초 빨랐고, 시스템식스 개발과정에서 표준으로 채택한 75㎏ 라이더가 300와트로 오를 시엔 19초 빠르게 나타났다.
산 정상에서 경기가 끝날 때는 시스템식스보다 수퍼식스 에보가 좋은 선택이라는 것. 하지만 스테이지를 종합적으로 봤을 때, 평지 구간이 월등히 많다면 시스템식스가 라이더의 체력을 아껴주기 때문에 유리하고, 스프린트로 승부가 나뉠 때는 시스템식스가 경량 로드바이크를 압도한다. 피니시 200m를 남기고 시속 60㎞로 스프린트를 할 때 라이더는 1000와트 전후의 힘을 쓰게 되는데, 시스템식스를 타면 속도가 2.1㎞/h 더 높고 시간으로는 0.4초 빠르다. 거리로는 7.2m가 되며, 자전거 4대 분 더 앞서 달릴 수 있다.
평지에서는 경량 로드바이크를 압도하고, 힐클라임에서도 경사도 6%까지는 시스템식스가 유리한 것으로 나타났다. 그렇다면 내리막 성능은 어떨까?
시스템식스의 성능이 가장 두르러지게 나타나는 곳이 바로 내리막이다. -5% 경사로에서 시속 60.6㎞/h로 달릴 때 시스템식스는 200와트면 되지만, 수퍼식스 에보는 309와트가 필요하다. 경량 로드바이크보다 무려 100와트나 적게 힘을 쓰고도 같은 속도를 유지할 수 있기 때문에 시스템식스를 탄 라이더는 다운힐에서 회복을 할 수 있다는 의미다. 게다가 디스크 브레이크는 적은 힘으로도 강하고 일정한 제동력을 얻을 수 있기 때문에 유리하다.
레이스에서는 집단에 섞여 드래프팅을 할 경우 많은 힘을 아낄 수 있다. 시스템식스는 경량 로드바이크에 비해서 50와트를 아끼며 달릴 수 있고, 집단에서 속한다면 추가로 30와트를 더 아낄 수 있다. 시스템식스로 달리면 1㎞당 3초가 더 빠르고, 레이스 후반 10㎞ 구간에서 같은 힘을 썼을 때 30초를 더 줄일 수 있다는 것을 의미한다.
시스템식스가 실력을 발휘하는 속도 영역이 꼭 프로 레이스처럼 높지만은 않다. 시속 15㎞부터 공기저항이 가장 큰 저항 요소로 작용하는 만큼, 30㎞/h 부근에서 10% 더 적은 힘으로 달릴 수 있기 때문에 동호인들도 충분히 성능을 체감할 수 있다고.
레이스 지오메트리와 최적화한 강성
프레임을 구성하는 튜브는 비행기 날개의 뒷부분을 잘라낸 캄테일 타입인데, 각 튜브의 형태는 직접 최적화시켰다. 헤드튜브의 앞부분은 더 원활한 공기의 흐름을 유도하는 일종의 커버다. 헤드튜브의 아랫부분과 다운튜브가 겹치는 곳에는 차인(chine)이라고 부르는 튀어나온 부분이 있는데, 헤드튜브 정면을 통과한 공기와 포크를 지나서 레그를 따라 위로 빨려 오르는 공기가 서로 겹치지 않도록 정류작용을 한다. 두 공기흐름이 만나 더 큰 저항을 불러일으키는 것을 막기 위함이다.
프레임의 무게는 하이 모드 기준(도색 전, 스몰 파츠 제외) 894g~1085g이다. 프레임 사이즈에 따라 무게가 다른데, 가장 가벼운 894g은 47 사이즈이고, 51은 943g, 54는 957g, 56은 981g이다. 1085g은 가장 큰 사이즈인 62의 무게. 여기에 볼트 같은 스몰 파츠 30g이 더해지고, 페인트가 칠해지면 70g 정도 증가한다.
프레임의 강성은 수퍼식스 에보를 기준으로 설정했다. 높은 강성을 유지해야만 어느 속도 영역에서건 안전한 라이딩을 할 수 있기 때문이다. 가끔씩 큰 프레임이 작은 프레임보다 강성이 떨어지는 경우가 있다. 탑튜브와 다운튜브가 길어 잘 휘어지기 때문. 그런데 평균적으로 신장이 큰 라이더가 작은 라이더보다 체중이 많이 나가고 힘도 세기 때문에 문제가 된다. 캐논데일은 사이즈에 따라서 강성을 최적화했는데, 사이즈가 커질수록 헤드튜브 주위의 강성이 증가하고, BB강성은 일정한 수준을 유지하도록 했다.
프레임 등급에 따른 강성의 차이는 없다. 하이모드 카본과 일반 카본 프레임의 강성이 같고, 사용한 카본 등급과 다른 레이업 방법에 따른 무게 차이만이 있을 뿐이다.
디스크 브레이크 전용인 포크는 비대칭 디자인을 썼다. 브레이크가 장착되는 논 드라이브 사이드를 강화해서, 제동 시 발생하는 힘에 충분히 견디기 위함이다. 넓은 타이어 클리어런스 덕분에 30㎜ 타이어도 문제없이 사용할 수 있다.
지오메트리는 캐논데일의 엘리트 레이스 바이크인 수퍼식스 에보에 기본을 두고 설계했다. 공격적인 자세가 연출되는데, 길고 낮은 것은 특징이다. 하지만 조절식 콕핏과 스페이서 덕분에 레이서가 아닌 라이더에게도 적합한 피팅이 가능하다.
캐논데일 시스템식스의 지오메트리
에어로 컴포넌트 KNOT
캐논데일은 시스템식스에 노트(knot, 배 또는 바람의 속도를 재는 단위)라고 이름 붙여진 새로운 공기역학적인 컴포넌트 브랜드를 함께 발표했다. 공기역학적인 휠셋과 스템, 핸들바, 시트포스트가 여기에 포함된다.
시스템식스는 26㎜를 타이어를 썼을 때 가장 빠르다. 구름저항이 아니라 공기역학적으로 그렇게 디자인됐기 때문이다. 시스템식스를 위해 개발한 할로우그램 노트64 휠셋은 림 내부 폭이 21㎜이고 외부 폭은 32㎜에 달하는 와이드 타입인데, 여기에 23C 타이어를 쓰면 좌우로 타이어가 넓게 퍼져서 26㎜가 된다고. 그래서 림 폭이 좁은 휠에 25C 타이어를 끼운 것과 비슷한 효과를 내게 된다.
26㎜ 타이어가 먼저 공기를 가르고 그 뒤에 타이어보다 조금 더 넓은 림을 만나면서 자연스럽게 공기가 뒤로 흐를 수 있다는 것. 타이어가 림보다 넓으면 타이어 뒷부분에서 공기저항이 발생하고, 결과적으로 효율 저하를 가져오기 때문에, 캐논데일 엔지니어들은 26㎜ 타이어가 이상적이지만 28㎜(25C) 타이어도 근접한 성능을 낸다고 한다. 림에 사용된 공기역학 기술은 HED의 특허를 이용한 것이지만 이를 더 다듬고, 휠셋을 완성한 것은 캐논데일 엔지니어들이라고 강조했다.
윈드터널 테스트 결과 노트64 휠셋은 입사각 0도에서는 경쟁 모델보다 가장 낮은 저항을 보여줬고, 10~15도를 넘어서서야 타사의 휠셋 하나보다 저항이 살짝 늘어났다. 스포크는 앞 20개 뒤 24개를 사용했으며, 무게는 앞 765g, 뒤 877g 그리고 튜브리스 레디 사양이다. 스포크는 DT스위스 에어로라이트이며, 허브는 캐논데일이 설계한 할로우그램 노트 셸에 DT스위스 스타래칫 시스템을 썼다.
핸들바와 스템은 공기역학적인 면에서 매우 중요한 부품이기 때문에 여러 제조사들이 두 부품을 하나로 묶은 일체형 카본 핸들바를 선택하곤 한다. 일체형의 경우 모양이 깔끔하고 가벼운 대신 길이와 폭 등 선택에 있어서 제약이 있을 수 있고, 교체 시 비용이 많이 드는 단점이 있다. 캐논데일은 스템과 핸들바 2개 부품을 쓰면서도 일체형과 비슷한 외관과 성능을 내는 노트 시스템바를 만들었다. 단면이 에어포일 형태인 핸들바는 카본이고 이 핸들바 아래에 놓이는 스템은 알루미늄으로 만들었다. 콕핏의 구성품인 카본 핸들바는 폭 38, 40, 42, 44㎝가 있고, 스템은 80, 90, 100, 110, 120㎜가 있다.
최대 8도 범위에서 조절이 가능한 핸들바의 아래쪽으로 각종 케이블이 지나는데, 시마노 Di2나 스램 이탭을 쓸 경우 외부로 노출되는 케이블이 전혀 없고, 기계식 변속 시스템을 썼을 때도 핸들바의 하단에서 다운튜브 상단까지만 노출될 뿐이다.
시스템식스 라인업 중 하이모듈러스 카본 프레임을 쓴 모델에는 파워2맥스 파워미터가 기본으로 장착된다. 파워미터를 사용하기 위해서는 안드로이드 또는 iOS 앱을 통해서 ‘활성화’시켜야 하는데 여기에 비용이 든다. 유럽은 490유로, 미국은 490달러다. 활성화 비용을 별도로 책정한 이유는 자전거의 소비자가격이 너무 높아지는 것을 막기 위해서라고. 한번 파워미터를 활성화를 하면 계속해서 사용할 수 있다.
오는 9월부터 미국과 유럽 시장에서 판매가 시작되는 시스템식스는 사용하는 그룹셋에 따라 4가지 모델이 있다. 최상급 모델인 시스템식스 하이모드 듀라에이스 Di2는 미국과 유럽의 소비자가격이 각각 10999달러/10499유로이고, 시스템식스 하이모드 울테그라 Di2는 7499달러/7499유로다. 시마노 Di2는 하이 모드 프레임에만 적용이 되고, 일반 카본 모델에는 기계식 듀라에이스(5999달러/5799유로)와 울테그라(3999달러/3999유로)가 쓰인다. 일반 카본 모델은 각각 2가지 컬러로 판매된다.
여성용 모델도 있는데, 하이 모드 프레임에 기계식 듀라에이스를 조합한 모델이다. 47, 51, 54 세 사이즈가 있고 가격은 7499달러/7499유로다.
시스템식스 라인업
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