알고 보면 엄청난 과학이 숨어 있다! 에어백 원리

2015.11.25 07:00



‘어차피 인생은 한 방이야~’ 많은 사람들에게서 흔히 들을 수 있는 말입니다. 추억의 보드게임을할 때 제일 큰 아이템 하나만 갖고 있으면 승리는 떼어놓은 당상이고, 복권에 한 번 당첨되면 일확천금을 누리는 것은 식은죽 먹기죠. 하지만 이 ‘한 방’을 노리다가 되려 가진 것까지 잃는 경우도 많이 보았습니다. 그래서 한 방을 노리기 보다는, 평소에 차근차근 능력이나 재능을 갈고 닦는 것이 더 중요합니다.


하지만 여기, ‘한 방’이 터져야만 사람을 살리는 것이 있습니다. 바로 에어백입니다. 안전벨트가 자동차 안전의 90%를 담당한다면 나머지 10%의 안전을 에어백이 채워준다고 하니, 에어백이 주는 ‘한 방’의 힘은 생각보다 큰데요. 이 에어백에도 엄청난 과학이 숨어있다고 하네요.



 사람을 살리는 천, 에어백


에어백을 살펴보기 전에 퀴즈를 풀어볼까요? 자동차 1대에 들어가는 에어백은 총 몇 개일까요? 자동차에 크게 관심이 있지 않는 이상 운전석과 조수석, 두 개 정도라고 생각하는 경우가 일반적일 것 같은데요, 국내의 경우 운전석과 조수석, 왼쪽 커튼, 오른쪽 커튼, 왼쪽 사이드, 오른쪽 사이드에 총 여섯 개의 에어백이 장착되며, 중형차 이상일 경우 8개, 고급차종일 경우 12개로 차량이 커지고 고급화될수록 에어백의 개수를 강화하는 추세입니다.


에어백 장착 사례

출처: 현대모비스 홈페이지


사고 발생 시 0.03~0.05초 만에 순간적으로 작동하는 에어백은 감지 시스템(SDM: Sensor Diagnostic Module)과 에어백 모듈(Air-bag Module)로 구성됩니다. 자동차 범퍼 부분의 센서가 충돌을 감지하면 모듈로 전기신호를 보내고, 에어백 안의 인플레이터(Inflater: 에어백 가스 발생장치)의 점화장치에 의해 화약이 폭발하는데, 이 때 가스가 발생해 에어백이 팽창하는 원리입니다.



 

출처: 오토리브 홈페이지


영상을 보시면, 일단 차량이 충돌하면 에어백이 부풀고 나서 사람의 얼굴이 부딪힌 후 다시 관성에 의해 뒤로 당겨졌다가 또 다시 앞으로 부딪히는 과정을 반복하는 것을 볼 수 있습니다. 이를 2차충격이라 하는데요, 이때 작은 구멍을 통해 에어백의 가스가 점점 빠져나가게 됩니다. 1차 충격으로부터 에어백의 가스가 다 빠지기까지 걸리는 시간은 약 0.11초. 그야 말로 짧은 시간 내에 사람을 구하는 셈이죠.



 벨트 없으면 앙대요~ 에어백 사용의 필수 조건


이렇듯 화약에 의해 찰나의 순간에 팽창하는 에어백. 고온으로 팽창하기 때문에 안전벨트를 착용하지 않으면 에어백의 폭발 때문에 화상이나 충격을 받을 수 있습니다. 에어백을 SRS(Supplemental Restraint System), 즉 ‘안전벨트를 보조한다’고 하는 이유가 이 때문인데요. 안전벨트를 하지 않은 채 에어백이 터지면 오히려 부상의 위험이 있을 수 있으니, 에어백의 효과를 얻기 위해서는 반드시 안전벨트를 착용해야 합니다.



가스에 의해 순간적으로 팽창하는 에어백의 특성상 원사에도 요구되는 조건이 있는데요, 우선 내구성이 좋아야 하며, 잘 늘어나는 성질이 있어 갑작스러운 팽창에 견딜 수 있어야 합니다. 화약에 의해 순간적으로 발생하는 고온을 견디는 내열성과 장기간 보존되어야 하므로 온도 및 습도 변화에 강한 내후성도 꼭 필요한 조건입니다.



 나날이 발전하는 에어백 기술


흔히 자동차 내부에서 안전을 위해 큰 역할을 하는 에어백. 하지만 자동차 외 안전벨트나 카시트 등에도 에어백이 들어갔다는 사실, 알고 계신가요? 길을 건너는 보행자를 위한 에어백이 개발되는 등 안전을 위한 움직임은 계속 되고 있습니다.


/ 보행자용 에어백


 출처: 볼보자동차코리아 페이스북


심각한 보행자 사고의 대부분은 차량 보닛이나 전면 유리 하단, A-필러 등에 머리가 부딪혀 발생하는 것에서 착안, 전방에 탑재된 센서가 보행자의 충돌을 감지하는 즉시 보닛을 들어올려 앞 유리창 밑부분과 양쪽 A-필러를 감싼 ‘ㄷ’자 형태의 에어백이 와이퍼 하단 부분에서 팽창하여 충격을 흡수합니다.


/ 에어백 안전벨트


출처: 포드코리아 페이스북


‘인플레이터블 세이프티 벨트(Inflatable Safety Belt)’라고도 부르는 에어백 안전벨트는 차량 충돌 시 안전벨트를 착용한 가슴 부위에 오는 압력으로부터 신체를 보호하기 위해 안전벨트 사이의 공간에 에어백을 집어 넣어 사고가 발생했을 때 부풀어오르게 해 갈비뼈를 보호해줍니다. 아직 국내에 상용화되지는 않았지만, 일반 에어백에 뜨거운 가스가 주입된다면, 에어백 안전벨트에는 차가운 가스가 주입되어 상대적으로 안전하다고 하네요.


/ 스마트 에어백


탑승자의 특성에 상관 없이 팽창했던 것이 2세대 에어백, 여기에 충돌 속도를 계산해서 팽창하는 것이 3세대 에어백이었다면 4세대 에어백은 충돌 당시 속도를 계산하는 동시에 탑승자의 몸무게도 고려하여 팽창하는 시간, 볼륨, 높이를 조절하는 에어백입니다.


/ 기타


니(knee) 에어백(좌)과 오토바이 에어백(우)

출처: 오토리브 홈페이지, 히트에어 홈페이지


이 밖에도 충돌 시 무릎 부상을 방지하기 위해 탑승자의 무릎 쪽에서 팽창하는 에어백인 니 에어백(knee airbag), 오토바이 라이더가 직접 착용하여 사고 시 라이더의 척추와 목을 포함한 상반신을 보호하는 ‘오토바이 에어백’, 아이들의 안전을 보호하기 위한 ‘카시트 에어백’ 등 다양한 에어백 종류가 출시되고 있습니다.



 에어백 원사의 No.1, 효성의 에어백


효성은 2011년 글로벌 최대 에어백 원단 메이커인 GST(Global Safety Textiles)를 인수한 후, 원사부터 에어백 완제품까지 모든 제품을 제작, 공급할 수 있는 능력을 갖추었으며, 에어백 분야에서 글로벌 No.1의 기술력을 보유하고 있습니다.


Global Safety Textiles의 에어백용 원사


국내 최초로 에어백용 나일론 66(더블식스) 원사를 개발하여 판매하는 효성은 나일론 66의 높은 강도, 뛰어난 형태 안정성, 완벽한 외관과 품질을 바탕으로 국내외에서 널리 인정을 받고 있습니다.


또한 효성은 끊임 없는 연구 개발과 원사 생산 노하우를 바탕으로 고객들의 비용 절감 요구에 대응해 나일론 66 원사를 대체할 수 있는 폴리에스터 에어백용 원사를 개발, 생산하여 공급중인 나일론ㆍ폴리에스터 에어백을 모두 제작할 수 있는 국내 유일의 기업이기도 하답니다. 최근에는 에어백 경량화와 관련하여 고객사와 개발 및 협업중이며, 친환경 소재에 대한 관심이 높아지는 것에 발 맞춰 실리콘 코팅을 하지 않은 에어백을 개발하는 등 노력을 아끼지 않고 있습니다.



‘인생은 한 방’이라던 말을 이제는 ‘안전은 한 방’이라고 표현해도 무방할 것 같네요. 가장 좋은 것은 사고가 나지 않게 하는 것이겠지만, 만약에 발생할 사고에 대비하여 에어백을 미리 장착하고 점검하는 것이 좋겠죠? 여러분의 안전을 위해 효성도 새로운 에어백을 개발하기 위해 늘 힘쓸 테니까요.








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