"Raskeste bil på planeten" Set for testing i 2015 [Video]


Hvor fort? Bortsett fra en kort pause i 1960- og 1970-tallet har britisk ingeniør og sjåfører spilt en dominerende rolle i å sette landets fartrekord i de raskeste bilene på planeten. Starter fra Lydston Hornsteds Benz nr. 3, som brøt rekorden for å nå 124mph for nøyaktig 100 år siden, til den nåværende landhastighetsreklameholderen Andy Greens Thrust SSC, som krysset den supersoniske barrieren for å nå 763 mph i 1997. Nå har menne

Hvor fort?

Bortsett fra en kort pause i 1960- og 1970-tallet har britisk ingeniør og sjåfører spilt en dominerende rolle i å sette landets fartrekord i de raskeste bilene på planeten. Starter fra Lydston Hornsteds Benz nr. 3, som brøt rekorden for å nå 124mph for nøyaktig 100 år siden, til den nåværende landhastighetsreklameholderen Andy Greens Thrust SSC, som krysset den supersoniske barrieren for å nå 763 mph i 1997.

Nå har menneskene bak Thrust SSC satt et enda mer utfordrende mål for å nå landhastighetsrekorden på 1000 mph i en ny bil som heter Bloodhound SSC. Måldatoen for å oppnå det er 2016, og det vil bli forsøkt i Hakskeen Pan i Sør-Afrika, der de har laget et spor som er 12 miles langt og to miles bredt.

Håpet i å gjøre dette er å inspirere en ny generasjon britiske ingeniører og forskere, fremme britisk ingeniørvirksomhet rundt om i verden og spinn ut teknologier som vil påvirke utformingen av ingeniørapplikasjoner og styrke den britiske økonomien.

Hvordan bli på bakken
Det er nå sju år siden jeg først satte meg sammen med Ron Ayers og Richard Noble, som ledet Thrust SSC. I det møtet diskuterte vi ideen og, spesielt, aerodynamiske utfordringer for å ta et landbasert kjøretøy til 1000 mph. Det var kort tid etter at bizarre oppdaget at bildet nedenfor dukket opp på skrivebordet mitt på Swansea University (hvor jeg fullførte en doktorgrad på det tidspunktet).

Et sentralt spørsmål når vi begynte å designe Bloodhound var: hvordan kan vi holde bilen på bakken? Dette er viktig fordi biler med slike hastigheter er i fare for å ta av, mye som hvordan fly gjør. Til sammenligning tar et typisk passasjerfly av ved ca 150 mph. Selvfølgelig er trykket som tilbys til fly, ment for at det skal ta av, men for biler som går på 1000mph, vil enhver feil i aerodynamikken bety katastrofe. Selv om dette ikke har skjedd i de siste forsøkshastighetsrekordene, viste et eksempel fra 1967 da Donald Campbell forsøkte å nå en vannhastighetsrekord, noe som kunne gå galt.

Teknologiutviklingen og tapperhetene til sjåførene har fortsatt å skape nye landhastighetsrekord hele forrige århundre. Selv om den første posten ble satt i en elektrisk drevet bil, ble det meste av første halvdel av tallet registrert som dominert av stempeldrevne kjøretøy. Disse forbrenningsmotorer, som de er kjent, finnes i nesten alle moderne bensin- eller dieselbiler. Ved hjelp av disse motorene kunne rekorden bare nås opp til 400 km / t.

For å presse videre, trengte bilbyggere mer kraft. Det er da de snudde seg mot jetmotorer og raketter for å overta jobben med å drive disse kjøretøyene. Dette var også den tiden da motstanden som var forårsaket av luften ble for viktig for å ignorere, etter hvert som hastigheten fortsatte å gå opp. Aerodynamikk av biler ble kritisk i et vellykket landhastighetsrekordforsøk.

Raskere, sterkere, slankere
Aerodynamikk er studien av luftstrømmen som beveger seg over kroppene og kreftene det induserer på den kroppen som et resultat. De matematiske ligningene som beskriver dette fenomenet er så kompliserte at inntil supercomputer ankom, for noen tiår siden, måtte nesten alle aerodynamiske studier utføres som eksperimenter i vindtunneller eller rakettsledeprøver.

Men nå er vi i stand til å få bemerkelsesverdig nøyaktige matematiske modeller ved å løse disse ligningene ved hjelp av superdatamaskiner. Med større prosessorkraft kan datamaskiner kjøre "virtuell" vindtunneltesting. Strømmen må modelleres helt ned til kaotisk turbulens i strømmen som skjer på liten lengde og tidsplan.

Men mens vi jobbet på problemet, innså vi at det var ikke mulig å holde nesen til bilen. Faktisk, forutsatt at høyden på nesen over bakken er helt riktig, har vi vært i stand til å holde fronten av bilen nesten løftet nøytral ved å sørge for at strømningshastigheten under og over nesen er balansert. I stedet var problemet med å holde baksiden av bilen på bakken på grunn av de sterke støtbølger som genereres av de store, utenbordsmotoren bakhjul og fjæring.

Denne uforutsette aerodynamiske oppførelsen førte til 6 måneders bakre suspensjonsoptimaliseringsstudie som resulterte i "Delta Fairing" -designet, som nylig ble publisert i Journal of Automobile Engineering. Denne konstruksjonen beskytter effektivt underlaget og undersiden av kjøretøyet fra høytrykkspute opprettet på bakhjulet når bilen overstyrer lydhastighetsbarrieren. Uten delta-fairing-designen, ville Bloodhound løfte av bakken ved omtrent Mach 0, 9 (90% av lydens hastighet), akkurat som Campbells kjøretøy gjorde i 1967.

Føl deg for tall
I de tidlige rompresentasjonene hadde vi ikke forventet at det ville være så vanskelig å få det dobbelte inntaket forgrenet (delt dobbeltinntak) i det originale designet for å levere en passende flyt til EJ200-jetmotorkompressoroverflaten over hele hastighetsområdet. Dette førte til slutt oss til å gå tilbake til et enkelt inntak over cockpitbaldakinen.

I de tidlige dagene hadde vi ingen ekte "følelse" for hvor stabil bilen ville være, noe som igjen betydde at vi ikke hadde en ide om hvor stor finen måtte være for å "holde den spisse ende som peker fremover" i ordene til Andy Green, vår sjåfør.

For de første få iterasjonene av aerodynamisk design, hvor vi var nesten helt fokuserte på spørsmålet om hvordan bilens utvendige form skal være og fortsatt svarer og prøver å finne ut om er 1000mf, er det mulig, ble vi hele tiden overrasket av aerodynamisk ytelse som datasimulasjonene forutslo. Det var ikke litt nervøs. Jeg vil regelmessig komme opp til engineering design møter, møte resten av ingeniører, og min rapport ville være noe i tråd med "dette er hva simuleringene sier ... Jeg har ingen anelse om hvorfor ... gi meg tid".

Vi har vært på ganske en tur med ingeniørdesign. Bildet under viser designutviklingen fra 2007 til det nåværende designet (config 12). En ting som du bør kunne se fra denne oppfatningen av designutviklingen, er at vi har vært hjemme i en optimal form. Omfanget av geometriske forandringer har blitt mindre og mindre. Alle som har brukt noen form for prøving og feiling, som egentlig er hva vi gjør i ingeniørdesign, vil være kjent med dette. Men enda viktigere, hva som har skjedd, er at de aerodynamiske effektene av å gjøre endringer i det geometriske eksteriet har blitt stadig mer forutsigbare.

Faktisk har Ron og jeg med de nyeste og subtile endringene på kjøretøyets utside vært i stand til å forutsi effekten på aerodynamisk ytelse intuitivt og har da brukt datasimulasjoner til å sjekke disse intuisjonene. Som en aerodynamisk designer er dette en mye lykkeligere posisjon å være i.

Men da vi kommer nærmere bilprøvning som skal skje i 2015, vil spørsmålet være om denne forutsigbarheten vil fortsette. Som en akademisk forsker håper jeg å lære så mye som mulig om oppførsel av datasimuleringer i ekstreme applikasjoner, i noen sanser håper jeg svaret på det er negativt. Det ville være mer interessant å ha et nytt sett med spørsmål til å pusse oss. Men for nå må vi være tålmodige og få Bloodhound bygget. En ny landhastighetsrekord må gjøres.

Ben Evans jobber for Bloodhound SSC prosjektet.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation. Les den opprinnelige artikkelen.

Sporty Science: Mekanikken i et karnevalspillGamle romerske metall brukt til fysikkeksperiment ignorerer vitenskapsfudPartikler funnet å reise raskere enn lysets hastighetDenne uken, verdensmøtet om endring av menneskene, utforsker etiske grenserAstronomer Bruk Shadowy Alien Worlds til peer Inside StarsAnbefalt: Princeton Field Guide til DinosaurerFree-Fall Forensics: Flytende dråper Gjør nysgjerrige kratereOppdrett et gift for å holde avlinger sunt