Pedeorelha | Sådan fungerer den nordamerikanske Eagle

Phillip Hopkins
0
2660
266

Billedgalleri: Eksotiske biler

© Copyright 1996 - 2007 E & D Services, North American Eagle, Inc.
Alle rettigheder forbeholdes.
World Speed King. Se flere billeder af eksotiske biler.

De fleste mennesker er helt glade for at krydse deres biler ned ad landevej på en respektabel 65 km / h. Andre beder om mere hastighed og opnå det ved at tilføje større motorer, superchargers og andre automobilmuskler. Og endnu andre - de sjældne spændingssøgende, der er kendt som speed-freaks, vil kun have én ting og én ting: den hurtigste bil på planeten og betegnelsen som "World Speed King." Siden 1997 har denne betegnelse hørt til British Thrust SSC, hvilket blev den første bil nogensinde, der brød lydbarrieren, da chauffør Andy Green lokkede det jetdrevne køretøj til en hastighed på 763 mph.

Men et nordamerikansk hold er på vej til at ændre alt dette. Anført af Ed Shadle og Keith Zanghi, håber teamet at lede dens indrejse - the North American Eagle -- ind i rekordbøgerne ved at bryde verdensrekord for landhastighed og bringe titlen verdens hurtigste bil tilbage til det nordamerikanske kontinent. I denne artikel skal vi undersøge, hvordan den nordamerikanske Eagle fungerer, samt de trin, der skal ske for enhver bil for at sætte en officiel landhastighedsrekord.

Et team af frivillige Det nordamerikanske Eagle-projekt er et sandt kærlighedsarbejde. Holdet, som Shadle og Zanghi har samlet, består strengt af frivillige, der donerer nætter, weekender og ferier. De fleste bringer en høj ekspertise til et af bilens kritiske systemer. Team North American Eagle inkluderer en udslyngsspecialist, der arbejdede på NASA-rummissioner, en jetmotormekaniker, en computertekniker, en tidligere B-52-mekaniker, en autokropspecialist og en ingeniør.

Foto med tilladelse fra NASA
F-104 Starfighter under flyvning.

Den nordamerikanske Eagle er en bil, men kun i en strengt akademisk forstand. Den har hjul, en motor, instrumentering og et sted, hvor føreren kan sidde. Det er her sammenligningerne slutter.

Det er tættere på sandheden at kalde North American Eagle en jet på hjul. Faktisk er bilens chassis baseret på en flyvemaskine kendt som F-104 Starfighter. Introduceret af Lockheed Corporation i 1954 var Starfighter den første operationelle militære jet, der var i stand til vedvarende flyvning ved Mach 2, eller dobbelt så høj som lydhastigheden. Den blev udfaset i 1967 til fordel for nyere fly, men selv i dag ser den slanke, strømlinede jet ud som om den var bygget til hastighed. Shadle og Zanghi var tydeligvis interesseret i de aerodynamiske egenskaber hos Starfighter, da de købte det nedlagte fly fra en overskydende flyforhandler i Maine for $ 25.000. For at konvertere den til en bil dækkede det nordamerikanske Eagle-team vinge rødder (vingerne var allerede fjernet) og tilføjede et ophængssystem. Holdet foretog også ændringer til en stærk turbojet motor, den samme type, der fremdrev jagerflyet til over dobbelt så høj hastighed som lyden i luften med vinger, som bilen bruger som sin strømkilde.

Som du kan forestille dig, er den nordamerikanske Eagle ikke et køretøj nogen kører på gaderne. I stedet hører det til en gruppe biler kendt som landhastigheds-racere. I officiel konkurrence skal landehastighedskørere overholde de strenge regler og forskrifter, der er fastlagt af EU Federation Internationale de L'Automobile (FIA), det vigtigste styrende organ for de fleste typer bilracing. FIA anerkender flere klasser af landhastigheds-racere, baseret på deres overordnede design og strømkilde, og anerkender rekordholdere i hver. Den nordamerikanske Eagle konkurrerer i specialkonstruktionsklassen, som selv omfatter tre kategorier: Ubegrænset streamlinere, Lakesters og Unlimiteds.

Foto med tilladelse fra Den amerikanske luftvåben / fotograf Sue Sapp
En turbofan-motor, der testes ved Robins Air Force Base, Georgia, USA.

Unlimited-kategorien blev udviklet specifikt til køretøjer, der er afhængige af jet eller raket fremdrift for at øge hastigheden. Jetfremdrift opstår, når brændstof brændes i nærvær af ilt fra atmosfæren, hvilket skaber en strøm af ekspanderende gasser, der, når de udvises gennem en dyse, genererer tryk. Raket fremdrift er baseret på lignende principper, undtagen ilt transporteres sammen med brændstof. Den nordamerikanske Eagle er selvfølgelig et jetdrevet køretøj, der drager fordel af en General Electric LM-1500 turbojet-motor. Vi vil tale mere om motoren i det næste afsnit, men du skal vide, at LM-1500 i sin fuldt udvidede form kan producere 52.000 hestekræfter - næsten 375 gange mere effekt end den gennemsnitlige Honda Civic.

Brugt under Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5-licensen.
The Spirit of America på Chicago Museum of Science and Industry i Chicago, Illinois.

Selvom alt går, når det kommer til pres, skal Unlimiteds opfylde andre strenge designkrav. For eksempel kan de ikke bruge nogen vingede overflader til at kontrollere køretøjet og skal have mindst fire hjul. Køretøjer med tre hjul betragtes overhovedet ikke som biler og skal konkurrere som motorcykler.

Ubegrænsede har konsekvent udvidet grænserne for landhastighed siden FIA etablerede klassen i 1964. Biler som Green Monster, Spirit of America, Thrust II og Thrust SSC kørte gennem rekordbøgerne og overgik 500 mph milepælen, 600 mph milepælen , 700 mph milepælen og endelig lydbarriere, som er 760 mph ved en temperatur på 15 ºC og havoverfladen pres. Målet med den nordamerikanske Eagle er at slå den aktuelle landhastighedsrekord på 763 km / h i gennemsnit hastighed - og at blive den hurtigste bil nogensinde til at køre over jordoverfladen.

Selvom den nordamerikanske Eagle er i modsætning til enhver bil, du vil se på mellemstatslisten, har den mange af de største bilsystemer, du ville finde på et produktionsbil. Lad os bryde Eagle ned og se, hvad der får den til at bevæge sig så hurtigt.

Chassis
Det nordamerikanske Eagle-chassis, der opretholder alle de grundlæggende dimensioner af Starfighter-flykroppen, er 56 meter lang, syv meter bred ved næsen og ni meter bred ved halen. Som du kan forestille dig, er transport af et så stort køretøj en ganske udfordring. For at flytte den fra sted til sted bruger teamet en Volvo-dieseltraktor, der trækker en semitrailer i fuld størrelse.

Affjedring
Som fly krævede Starfighter ikke et ophængssystem til at hjælpe med at absorbere de stød og stød, der kommer fra at køre over en ru overflade. Som en bil skal den nordamerikanske Eagle være i stand til at navigere ufuldkommenheder i vejen uden at miste hastigheden eller gå på kompromis med køretøjets stabilitet. Bilen kører kun på en tør mudresøbed, der er helt fri for ufuldkommenheder i hele kørselsafstanden; ingen veje. Dette er grunden til Black Rock-ørkenen er et godt sted for rekordforsøg. Holdet løste problemet ved hjælp af et gaschocksystem til at ophænge fronten på bilen. Den bageste ophæng er baseret på en rektangulær ramme, der er konstrueret af rektangulært stålrør anbragt i en delta- eller trekantet konfiguration bagpå. Denne ramme er lavet af blødt (eller lavt kulstof) stål, som er billigt, stærkt og let formet.

Foto med tilladelse fra Airplane Flying Handbook
De grundlæggende komponenter i en gasturbinemotor.

motor
Turbojet-motoren, der styrker den nordamerikanske Eagle, er typisk for de fleste kommercielle og militære fly. Hvis du læser, hvordan gasturbinemaskiner fungerer, vil du se, at disse motorer består af turbiner, et forbrændingsrum, brændstofinjektorer og en kompressor. Kompressoren suger luft ind i forbrændingskammeret, hvor ilt bruges til at brænde brændstof. Når brændstoffet brænder, ledes udstødningsgasserne mod møllerne. Et sæt turbiner driver kompressoren direkte via en aksel. De andre turbiner roterer frit og skaber en højhastighedsstrøm af luft, der ledes gennem en dyse. Denne højhastighedsstrøm af luft genererer tryk baseret på Newtons tredje bevægelseslov (for hver handling er der en lige og modsat reaktion).

Resultaterne af dårlig bremsning
Landhastighedskonkurrence er ikke for svage. I 1964, mens han lavede sin anden oktoberløb for rekorden i Spirit of America, havde Craig Breedlove en næsten dødelig ulykke, da faldskærmene på bilen blev revet fra deres stigende linjer. Uden det ekstra træk fra skårene kunne Breedlove ikke stoppe bilen med skivebremserne, der brændte ud. Bilen hvilede til sidst i en saltvandssam, og Breedlove blev fisket uhurtigt. Mindre end en måned senere vendte Breedlove tilbage til Bonneville Salt Flats og blev den første person, der kørte en bil hurtigere end 500 km / h.

Eagles LM-1500-motor er den civile version af J-79-15-motoren, der bruges i militære fly såsom F-4 Phantom. Det måler tre fod i diameter og vejer 3.840 pund. Kompressoren er forbundet med en enkelt aksel til turbinerne og har 17 trin til at føre super-oxygenrig luft til det brændstof, der pumpes ind af injektorerne. Både brændstofdyserne og forbrændingsbeholderne er keramisk belagte, hvilket hjælper med at reducere varmen og producerer 13 procent mere energi.

I tomgang bruger motoren 18 liter jetbrændstof i minuttet. Holdet har to forskellige modeller af LM-1500; den ene producerer i alt 42.500 hestekræfter til lav hastighedstestning, og den anden har keramiske belægninger på turbinebladene og brændte dåser, der vil producere så meget som 52.000 hestekræfter til højhastighedsrekordkørsler.

Hjul
Den nordamerikanske Eagle kører på fem hjul - et foran for at styre, to side om side på en forskudt midt-chassisaksel og to bagpå. Ved kørsler med lav hastighed (under 350 km / h) er hjulene udstyret med gummidæk. Ved kørsler med høj hastighed (op til 800 km / h) fjernes standardflyhjulene og erstattes med massivt billet-aluminiumhjul med et titaniumbånd på hjulets yderside for at få større styrke og spænding, der er bearbejdet specifikt til brug på Ørn. Ingen dæk bruges i højhastighedskonfigurationen.

© 1996 - 2007 E&D Services, North American Eagle, Inc. Alle rettigheder forbeholdes.
Faldskærmen rykker ned for at bremse Eagle på vej til at stoppe.

Bremsesystemer
Sænker et køretøj ned fra supersonisk hastigheder kræver en faset tilgang ved hjælp af flere teknologier. Forudsat at Eagle kører med sin målhastighed på 800 km / t, er det sådan, hvordan bremsning fungerer:

Driveren trækker tilbage på gashåndtaget. Dermed ophæver han hastighedsbremsedøre placeret på hver side af skroget lige foran halesektionen. Disse hastighedsbremser var hydraulisk aktiverede og var en del af det originale flydesign og fungerer på samme måde ved at skabe træk for at bremse køretøjet. Når hastighedsbremserne er sat i gang, starter bilen en gradvis deceleration.
Ved ca. 650 km / h er en drogue-faldskærm indsat for at hjælpe hastighedsbremserne. En drogue-udløb er mere langstrakt og meget tyndere end en konventionel faldskærm, hvilket betyder, at den skaber mindre træk og er mindre tilbøjelig til at blive revet fra hinanden. En meget større hovedrute følger droguen ved ca. 500 mph, hvilket skaber endnu mere træk. Dette bremser bilen til cirka 125 mph.
Ved 500 km / h kan føreren aktivere de magnetiske bremser på baghjulene for at skrubbe den kinetiske energi opbygget i de massive 300 kilos hjul, der har tendens til at dreje langsommere end bilen vil bremses. Dette er avancerede komponenter lavet af sjældne jordarter (neodymiumjernbor eller NdFeB) magneter monteret i rustfrit stålbeslag på bagakslen nær hvert hjul. Beslagene bevæger sig tæt på, men rører ikke ved en aluminiumsrotor monteret på indersiden af hjulets nav. Den resulterende magnetiske modstand sænker bilen til 100 mph.
Endelig, med bilen, der kører mindre end 100 km / h, vil en "Flintstone" knækket (i øjeblikket under udvikling) lige ved cockpiten hydraulisk aktiveres for at trække langs jorden i hastigheder under 100 km / h.

Cockpit
Den cocktail af den nordamerikanske Eagle huser en enkelt chauffør, der er spændt på plads af en ekstra bred sikkerhedssele med en fem-punkts fastgørelse. I stedet for et ratt, finder chaufføren Starfighter's originale flystok. Et hydraulisk system kommunikerer input fra cockpiten til forhjulene, så chaufføren kan styre bilen til højre eller venstre. Et meget grundlæggende instrumentpanel, der inkluderer temperaturmålere, brændstof- og olietrykmålere, lufthastighedsindikator og Mach-meter, er synlig lige uden for flystangen. Og en radio gør det muligt for chaufføren at kommunikere med jordbesætningsmedlemmer og andet supportpersonale, der hjælper med at overvåge banens tilstand og andre variabler, der kan påvirke resultatet af løbet.

Foto med tilladelse fra Airplane Flying Handbook
Diagram over chokbølger.

En af de største udfordringer, som den nordamerikanske Eagle står overfor, er at overvinde problemer i forbindelse med rejser i supersoniske hastigheder. Ved sådanne hastigheder (dvs. større end lydhastigheden) producerer bilen chok bølger der kan påvirke køretøjets stabilitet og give en lydbom. Lad os se hurtigt på, hvordan disse chokbølger dannes, og hvordan den nordamerikanske Eagle vil kompensere for dem.

Når et objekt bevæger sig gennem luften, skubber det luftmolekyler ud af vejen og skaber bølger af komprimeret og ukomprimeret luft. Disse lufttrykbølger bevæger sig væk fra genstanden i alle retninger med lydhastigheden. Så længe genstanden bevæger sig langsommere end lydens hastighed, vil den ikke indhente trykbølgerne. Men hvis objektet bevæger sig med lydens hastighed eller hurtigere, fanger det op til trykbølgerne og begynder at skubbe på dem og hoper bølgerne op, når de er skabt. Disse stablede bølger kaldes chokbølger.

Foto med tilladelse fra De Forenede Staters regering
Illustration af hvor kanarderne er placeret (i blåt).

Når chokbølgerne når jorden, kan de fornemmes som en lydbom. Intensiteten af den soniske bom bestemmes af flere faktorer: afstanden mellem objektet og jorden, objektets størrelse og form og atmosfæriske forhold, herunder lufttryk, temperatur og vind. Sonic bommer er blevet godt studeret i fly, men mindre i køretøjer, der kører kun få centimeter over jorden.

Et problem med biler med landhastighed er, at chokbølgerne, der bygger sig ved næsen, kan skabe en opadgående kraft, der løfter bilen fra jorden. Det nordamerikanske Eagle-team har installeret canards -- små vinge-lignende fremspring - for at give ekstra stabilitet og kontrol. Hvis du nogensinde har stukket hånden ud af vinduet i en bil, der kører 60 km / t, har du en fornemmelse af, hvordan canards fungerer. Deres vinkel i luftstrømmen kan enten skabe en opadgående kraft eller a nedadgående kraft. I tilfælde af den nordamerikanske Eagle vil systemet blive kontrolleret uafhængigt af driveren af en computer. Den overvåger en belastningssensor på forakslen. Projektets testprogram vil verificere, at softwareprogrammet på computeren tilstrækkeligt justerer canardsne lidt ned for at anvende lige nok, men ikke for meget, nedkraft til at forhindre, at forhjulet forlader jorden og forhindrer en næseopstilling.

Foto med tilladelse fra Nevada Commission of Tourism
Black Rock Desert, Nevada

Gå til rekorden
At have en bil, der kører hurtigere end lydens hastighed, er selvfølgelig bare en del af problemet. Du er også nødt til at finde et sted at køre med det sikkert - og at dine resultater officielt måles og anerkendes som en ægte verdenshastighedsrekord. I Nordamerika er der kun et par steder, der er egnede til landhastighedsløb. Det skyldes, at landhastighedskørere kræver en lang bane (så meget som 15 miles eller mere!) Af ekstremt åbent, fladt land. Daytona Beach blev brugt indtil 1935. Derefter henvendte racere opmærksomhed til Bonneville Salt Flats, en strækning af golde saltlejligheder, der dækker omkring 100 kvadrat miles i det nordvestlige Utah. Bonneville var det foretrukne nordamerikanske sted for landhastighedskørsel indtil 1983. Imidlertid får jetmotorens drivkraft metalhjulene til at fiske på det hårde salt, når de accelererer. Desuden er den nuværende afstand kun i alt syv miles på grund af saltudvinding i de sidste årtier, hvilket gør banen meget for kort til brug. Af disse grunde er Black Rock Desert i Nevada blevet brugt siden. Black Rock Desert tilbyder mere åbent rum, og fordi det plejede at være bunden af en sø i stedet for et saltvandshav, forårsager det mindre korrosion på bilerne.

For at gå efter rekorden skal det nordamerikanske team transportere bilen til Nevada og invitere embedsmænd fra FIA. Derefter, i løbet af flere uger, vil teamet forberede køretøjet og foretage et løb for rekorden. Et officielt løb består af to forsøg, hver i modsatte retninger og gennemsnit. Den anden kørsel skal indtaste det tidsbestemte område inden for 60 minutter efter at have forladt det tidsbestemte milområde for den første runm for at kvalificere sig efter de eksisterende regler.

Tiden for hvert forsøg måles langs en strækning på en kilometer, der kaldes målt mile. Den officielle tid er gennemsnittet af de to prøvetider. For eksempel er her, hvordan Thrust SSC-teamet gjorde det i 1997, da de satte verdens landhastighedsrekord:

Første prøve: 759 km / t
Anden prøve: 766 mph
Gennemsnit: 763 mph
Lydens hastighed den dag på det sted: 748 mph
Mach hastighed: 1,02

For at bryde rekorden, der er sat af Thrust SSC-teamet, skal den nordamerikanske Eagle være mindst en procent hurtigere - eller cirka 770 mph (Mach 1.03). Indtil videre har den nordamerikanske Eagle nået en tophastighed på kun 312 mph, registreret i marts 2005, men det var på lavhastighedsflydæk vurderet til 350 mph. Med aluminiumshjul og efterbrændere, der sparker ind, forventer teamet, at bilen kunne nå 800 km / h.

Vigtige landhastighedsregistre
Dato	Hastighed	Køretøj	Chauffør	Beliggenhed
18. december 1898	39,222 km / h	Jeantaud	Chaselloup-Laubat	Acheres, Frankrig
21. juli 1904	103,561 mph	Gobron-Brillie	Louis Rigolly	Oostende, Belgien
24. juni 1914	124,095 mph *	Benz nr. 3	L.G. Hornsted	Brooklands, England
21. juli 1925	150,761 mph	Sunbeam Bluebird	Sir Malcolm Campbell	Pendine, Wales
29. marts 1927	203,792 mph	Sunbeam 1000 HK	Henry Segrave	Daytona, Amerikas Forenede Stater
3. september 1935	301,129 mph	Railton Rolls Royce Bluebird	Sir Malcolm Campbell	Bonneville, Amerikas Forenede Stater
5. august 1963	407,518 mph **	Spirit of America	Craig Breedlove	Bonneville, Amerikas Forenede Stater
2. nov. 1965	555.483 mph	Spirit of America Sonic I	Craig Breedlove	Bonneville, Amerikas Forenede Stater
15. november 1965	600,601 mph	Spirit of America Sonic I	Craig Breedlove	Bonneville, Amerikas Forenede Stater
25. september 1997	714,144 km / h	Tryk SSC II	Andy Green	Black Rock, Amerikas Forenede Stater
15. oktober 1997	763,035 mph	Tryk SSC II	Andy Green	Black Rock, Amerikas Forenede Stater
* Første tovejsforsøg
** Den første bil, der bruger jetmotor

Foto med tilladelse fra Mary Frances Howard
Steve Fossett

Løbet til løbet
Den nordamerikanske Eagles officielle løb for verdens landhastighedsrekord bliver nødt til at vente, da holdet samler flere penge og afslutter justeringen af bilens design. I mellemtiden arbejder et eller to andre hold på biler, der muligvis kan udfordre rekorden. En sådan konkurrent er Steve Fossett; den rekordopstillende millionær, der for nylig købte Craig Breedloves Spirit of America og ændrer køretøjet til et oktoberforsøg på rekordforsøg. På en pressekonference i 2006 fortalte Fossett journalister, at han mener, at hans ændrede Spirit of America kan nå hastigheder på 800 km / h.

Den nordamerikanske Eagle håber naturligvis at være først - og hurtigere. Dette bevises, at løbet til startlinjen i landhastighedsracing er lige så afgørende som løbet til mål.

Tak til Jon Higley af North American Eagle, Inc. for hans hjælp med denne artikel.

Relaterede artikler

Sådan fungerer Champ Cars
Sådan fungerer NASCAR racerbiler
Sådan fungerer bilophæng
Sådan fungerer Daytona 500
Sådan fungerer biler
Sådan fungerer bilmotorer
Sådan fungerer gasturbinemaskiner
Hvordan fungerer en jet truck?
Sådan fungerer fly
Hvad der forårsager en sonisk boom?
Hvordan Sonic Cruisers vil arbejde
Sådan fungerer hypersonicplan

Flere gode links

North American Eagle
Landracing.com
PBS
Tryk SSC
Aerospace Testing Expo

Kilder

"Bonneville Salt Flats," Encyclopedia Britannica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
"Britisk duo sætter den første supersoniske landhastighedsrekord." CNN Interactive,
15. oktober 1997.
http://www.cnn.com/TECH/9710/15/brits.land.speed/.
"Jay Leno's Garage: Desk Jockey to Jet Jockey," af Jay Leno, Popular Mechanics,
November 2006.
http://www.popularmechanics.com/automotive/jay_leno_garage/4199623.html.
Landracing.com
http://www.landracing.com
North American Eagle websted
http://www.landspeed.com
"Den nordamerikanske Eagle forbereder sig på at bryde verdenshastighedsrekord,"
af HSPN News. HSPN Global News, 25. oktober 2006.
http://news.hspn.com/articles/887/1/North-American-EagleTM-Prepares-to-Break-
Verdens-Land-Speed-Record / side1.html.
"Sonic boom," Encyclopedia Britannica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
"Supersonic flight", Encyclopedia Britannica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
Federation Internationale de L'Automobile (FIA)
http://www.fia.com
"Behovet for hastighed." HSW Express Magazine, januar 2007.
"Behovet for hastighed," af Dean Kuipers. Wired Magazine, oktober 1997.
http://www.wired.com/wired/archive/5.10/es_speed.html.
"Washington-baserede team til at tage landhastighedsrekord," af Associated Press.
Space.com, 19. juni 2003
http://www.space.com/businesstechnology/technology/land_speed_030619.html.