Pedeorelha | Hvordan den nordamerikanske ørnen fungerer

Peter Tucker
0
4801
826

Bildegalleri: Eksotiske biler

© Copyright 1996 - 2007 E & D Services, North American Eagle, Inc.
Alle rettigheter forbeholdt.
World Speed King. Se flere bilder av eksotiske biler.

De fleste er helt glade for å cruise bilene sine utover utdanningen på en respektabel 65 mph. Andre ønsker mer fart og oppnår det ved å legge til større motorer, superladere og annen bilmuskel. Og enda andre - de sjeldne spenningssøkende som er kjent som speedfreaks vil bare ha en ting og en ting: den raskeste bilen på planeten og betegnelsen som "World Speed King." Siden 1997 har denne betegnelsen tilhørt British Thrust SSC, som ble den første bilen noensinne som brøt lydbarrieren da sjåfør Andy Green kokte det jetdrevne kjøretøyet til en hastighet på 763 mph.

Men et nordamerikansk lag er på kurs for å endre alt dette. Anført av Ed Shadle og Keith Zanghi, håper teamet å lede sin inntreden - the North American Eagle -- inn i rekordbøkene ved å bryte verdenshastighetsrekorden og bringe tittelen verdens raskeste bil tilbake til det nordamerikanske kontinentet. I denne artikkelen skal vi undersøke hvordan den nordamerikanske Eagle fungerer, samt trinnene som må skje for enhver bil for å sette en offisiell landhastighetsrekord.

Et team av frivillige The North American Eagle-prosjektet er et ekte arbeidskraft av kjærlighet. Teamet som Shadle og Zanghi har satt sammen består strengt av frivillige som donerer kvelder, helger og høytider. De fleste bringer høy kompetanse til et av bilens kritiske systemer. Team North American Eagle inkluderer en utstøtingsspesialist som jobbet på NASA-romoppdrag, en jetmotormekaniker, en datatekniker, en tidligere B-52-mekaniker, en spesialist i bilkropp og en ingeniør.

Foto med tillatelse fra NASA
F-104 Starfighter på flukt.

The North American Eagle er en bil, men bare i strengt akademisk forstand. Den har hjul, en motor, instrumentering og et sted hvor sjåføren kan sitte. Det er der sammenligningene slutter.

Det er nærmere sannheten å kalle North American Eagle en jet på hjul. Faktisk er bilens chassis basert på flykroppen til et fly kjent som F-104 Starfighter. Starfighter ble introdusert av Lockheed Corporation i 1954, og var den første operative militære jetfly som var i stand til å opprettholde flukt på Mach 2, eller det dobbelte av lydens hastighet. Den ble faset ut i 1967 til fordel for nyere fly, men selv i dag ser den slanke, strømlinjeformede strålen ut som om den var bygget for hastighet. Shadle og Zanghi var tydelig interessert i de aerodynamiske egenskapene til Starfighter da de kjøpte det nedlagte flyet fra en overskuddsflyforhandler i Maine for 25 000 dollar. For å konvertere den til en bil dekket det nordamerikanske Eagle-teamet vingerøtter (vingene var allerede fjernet) og la til et fjæringssystem. Teamet gjorde også endringer i en kraftig turbojet motor, den samme typen som drev jagerflyten til over dobbelt så høy hastighet i luften med vinger, som bilen bruker som kraftkilde.

Som du kan forestille deg, er den nordamerikanske Eagle ikke et kjøretøy noen vil kjøre på gata. I stedet tilhører den en gruppe biler kjent som landhastighetstrekkere. I offisiell konkurranse må landhastighetstrekkere følge strenge regler og forskrifter som er fastsatt av Federation Internationale de L'Automobile (FIA), det viktigste styringsorganet for de fleste typer bilracing. FIA anerkjenner flere klasser med hurtigløpere på land, basert på deres generelle design og kraftkilde, og anerkjenner rekordholdere i hver. The North American Eagle konkurrerer i Special Construction-klassen, som selv inkluderer tre kategorier: Ubegrensede streamlinere, Lakesters og Unlimiteds.

Foto med tillatelse fra Det amerikanske luftforsvaret / fotografen Sue Sapp
En turbofan-motor som testes ved Robins Air Force Base, Georgia, USA.

Unlimited-kategorien ble utviklet spesielt for kjøretøyer som stoler på jet eller rakett fremdrift for å øke hastigheten. Jetfremdrift skjer når drivstoff brennes i nærvær av oksygen fra atmosfæren, og skaper en strøm av ekspanderende gasser som, når den blir utvist gjennom en dyse, genererer skyvekraft. Rakettframdrift er basert på lignende prinsipper bortsett fra at oksygen transporteres sammen med drivstoffet. North American Eagle er selvfølgelig et jetdrevet kjøretøy som drar fordel av en General Electric LM-1500 turbojet-motor. Vi vil snakke mer om motoren i neste seksjon, men du bør vite at LM-1500 kan produsere, i sin fullt forbedrede form, 52 000 hestekrefter - nesten 375 ganger mer kraft enn den gjennomsnittlige Honda Civic.

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

Selv om alt går når det gjelder skyvekraft, må Unlimiteds oppfylle andre strenge designkrav. For eksempel kan de ikke bruke noen bevingede flater for å kontrollere kjøretøyet og må ha minimum fire hjul. Kjøretøyer med tre hjul regnes overhodet ikke som biler og må konkurrere som motorsykler.

Ubegrensede har konsekvent strukket grensen for landhastighet siden FIA etablerte klassen i 1964. Biler som Green Monster, Spirit of America, Thrust II og Thrust SSC kjørte gjennom rekordbøkene og overgikk 500 mph milepælen, 600 mph milepælen , 700 mph milepælen og til slutt den lydbarriere, som er 760 mph ved en temperatur på 15ºC og havnivået trykk. Målet med den nordamerikanske Eagle er å slå den nåværende landhastighetsrekorden på gjennomsnittlig hastighet på 763 mph - og å bli den raskeste bilen noensinne å rase over jordoverflaten.

Selv om den nordamerikanske Eagle er i motsetning til noen bil du vil se på utdanningen, har den mange av de viktigste bilsystemene du vil finne på et produksjonsbil. La oss bryte Eagle ned og se hva som får den til å bevege seg så raskt.

chassis
Det nordamerikanske Eagle-chassiset, som opprettholder alle de grunnleggende dimensjonene til Starfighter-flykroppen, er 56 fot lang, syv fot bred ved nesen og ni fot bred ved halen. Som du kan forestille deg, å transportere et så stort kjøretøy gir en ganske utfordring. For å flytte den fra sted til sted bruker teamet en Volvo-dieseltraktor som drar en semitrailer i full størrelse.

Suspensjon
Som fly krever ikke Starfighter et fjæringssystem for å absorbere støt og støt som kommer fra å kjøre over en ru overflate. Som en bil må den nordamerikanske Eagle være i stand til å navigere ufullkommenheter i veien uten å miste hastigheten eller svekke kjøretøyets stabilitet. Bilen kjører bare på en tørr søla som er helt fri for ufullkommenheter i løpet av hele løpsavstanden. ingen veier. Dette er grunnen til at Black Rock-ørkenen er et godt sted for rekordforsøk. Teamet løste problemet ved å bruke et gasssjokksystem for å henge fronten på bilen. Den bakre fjæringen er basert på en rektangulær ramme, konstruert av rektangulært stålrør anordnet i en delta, eller trekantet, utforming bak. Denne rammen er laget av mildt (eller lite karbon) stål, som er billig, sterkt og lett formet.

Foto med tillatelse av Flyvende flygende håndbok
De grunnleggende komponentene i en gassturbinmotor.

Motor
Turbojet-motoren som styrker den nordamerikanske Eagle er typisk for de fleste kommersielle og militære fly. Hvis du leser hvordan gassturbinmotorer fungerer, vil du se at disse motorene består av turbiner, et forbrenningskammer, drivstoffinjektorer og en kompressor. Kompressoren suger luft inn i forbrenningskammeret, der oksygen brukes til å forbrenne drivstoff. Når drivstoffet brenner, blir eksosgassene rettet mot turbinene. Ett sett med turbiner driver kompressoren direkte via en sjakt. De andre turbinene roterer fritt og lager en høyhastighets strøm av luft som ledes gjennom et dyse. Denne høyhastighetsstrømmen av luft genererer skyvekraft basert på Newtons tredje bevegelseslov (for hver handling er det en lik og motsatt reaksjon).

Resultatene av dårlig bremsing
Landhastighetsracing er ikke for de som er hjertet. I 1964, mens han gjorde sitt andre oktoberløp for rekorden i Spirit of America, hadde Craig Breedlove en nesten dødelig ulykke da fallskjermene på bilen ble revet fra deres stigende linjer. Uten ekstra drag fra løpene kunne ikke Breedlove stoppe bilen med skivebremsene, som brant ut. Bilen kom til slutt i en saltvannsdam og Breedlove ble fisket ut uskadd. Mindre enn en måned senere kom Breedlove tilbake til Bonneville Salt Flats og ble den første personen som kjørte en bil raskere enn 500 mph.

Eagles LM-1500-motor er den sivile versjonen av J-79-15-motoren som brukes i militære fly som F-4 Phantom. Den måler tre fot i diameter og veier 3840 pund. Kompressoren er koblet med en enkelt aksel til turbinene og har 17 trinn for å føre super-oksygenrik luft til drivstoffet som pumpes inn av injektorene. Både drivstoffdysene og brennkannene er keramisk belagt, noe som hjelper til med å redusere varmen og produserer 13 prosent mer kraft.

I tomgang forbruker motoren 18 liter jetdrivstoff i minuttet. Teamet har to forskjellige modeller av LM-1500; den ene produserer til sammen 42.500 hestekrefter for lav hastighetstesting, og den andre har keramisk belegg på turbinbladene og brenndunker, som vil produsere så mye som 52 000 hestekrefter for høyhastighetsrekordkjøring.

hjul
Den nordamerikanske Eagle rir på fem hjul - ett foran for å styre, to side om side på en forskjøvet midt chassisaksel og to bak. For lav hastighet (under 350 mph) er hjulene utstyrt med gummidekk. For høyhastighetsløp (opptil 800 mph) fjernes standardflyhjulene og erstattes med solide billet-aluminiumsfelger med et titanbånd på hjulets ytre løpeoverflate for større styrke og spenningsretensjon, maskinert spesielt for bruk på Ørn. Ingen dekk brukes i høyhastighetskonfigurasjonen.

© 1996 - 2007 E&D Services, North American Eagle, Inc. Alle rettigheter forbeholdt.
Fallskjermen trekker ut for å bremse Ørn på vei til å stoppe.

Bremsesystemer
Slynger et kjøretøy ned fra overlyds hastigheter krever en faset tilnærming ved bruk av flere teknologier. Forutsatt at Eagle reiser med sin målhastighet på 800 mph, slik fungerer bremsing:

Sjåføren trekker tilbake på gassen. På denne måten utranger han fartsbremsedører som ligger på hver side av flykroppen, rett foran haleseksjonen. Disse hastighetsbremsene var hydraulisk aktivert, og var en del av den opprinnelige flyutformingen og fungerer på samme måte ved å lage dra for å bremse kjøretøyet. Med hastighetsbremsene satt i gang begynner bilen en gradvis retardasjon.
På omtrent 650 mph er en drogue fallskjerm utplassert for å hjelpe fartsbremsene. En drogue-utløp er mer langstrakt og mye tynnere enn en vanlig fallskjerm, noe som betyr at den skaper mindre dra og det er mindre sannsynlig at den blir revet fra hverandre. En mye større hovedrute følger droguen på rundt 500 mph, og skaper enda mer dra. Dette bremser bilen til cirka 125 mph.
Ved 500 km / t kan sjåføren aktivere magnetbremsene på bakhjulene for å skrubbe av kinetisk energi bygget opp i de massive 300 kilos hjulene, som har en tendens til å snurre saktere enn bilen vil redusere. Dette er avanserte komponenter laget av sjeldne jordarter (neodymiumjernbor eller NdFeB) magneter montert i braketter i rustfritt stål på bakakselen nær hvert hjul. Beslagene beveger seg i nærheten av, men berører ikke, en aluminiumsrotor montert på innsiden av hjulnavet. Den resulterende magnetiske motstanden bremser bilen til 100 mph.
Til slutt, med bilen som kjører under 100 km / t, vil en "Flintstone" knekkplate (for tiden under utvikling) like ved cockpiten, hydraulisk aktiveres for å dra langs bakken i hastigheter under 100 km / t.

Cockpit
Cockpiten til den nordamerikanske Eagle huser en enkelt sjåfør som er festet på plass av et ekstra bredt sikkerhetsbelte med et fem-punkts feste. I stedet for et ratt, vil sjåføren finne Starfighter sin originale flypinne. Et hydraulisk system kommuniserer inngang fra cockpiten til forhjulene, slik at føreren kan styre bilen til høyre eller venstre. Et veldig grunnleggende instrumentpanel, som inkluderer temperaturmålere, drivstoff- og oljetrykkmålere, lufthastighetsindikator og Mach-meter, er synlig rett utenfor flystokken. Og en radio gjør det mulig for sjåføren å kommunisere med bakkenes besetningsmedlemmer og annet støttepersonell som hjelper til med å overvåke tilstanden til banen og andre variabler som kan påvirke utfallet av løpet.

Foto med tillatelse av Flyvende flygende håndbok
Diagram over sjokkbølger.

En av de største utfordringene den nordamerikanske Eagle står overfor er å overvinne spørsmål knyttet til å reise i supersoniske hastigheter. Ved slike hastigheter (dvs. større enn lydhastigheten) vil bilen produsere sjokkbølger som kan påvirke kjøretøyets stabilitet og gi en lydbom. La oss ta en rask titt på hvordan disse sjokkbølgene dannes og hvordan den nordamerikanske ørnen vil kompensere for dem.

Når et objekt beveger seg gjennom luften, skyver det luftmolekyler ut av veien, og skaper bølger av komprimert og ukomprimert luft. Disse lufttrykksbølgene beveger seg vekk fra objektet i alle retninger med lydens hastighet. Så lenge objektet beveger seg saktere enn lydens hastighet, vil det ikke fange opp trykkbølgene. Men hvis gjenstanden beveger seg med lydens hastighet eller raskere, fanger den opp til trykkbølgene og begynner å skyve på dem og hoper opp bølgene når de er skapt. Disse stablede bølgene kalles sjokkbølger.

Foto med tillatelse fra USAs regjering
Illustrasjon av hvor kanardene er plassert (i blått).

Når sjokkbølgene når bakken, kan de sanses som en lydbom. Intensiteten til den soniske bommen bestemmes av flere faktorer: avstanden mellom objektet og bakken, størrelsen og formen på objektet, og atmosfæriske forhold, inkludert lufttrykk, temperatur og vind. Sonic bommer har blitt godt studert i fly, men mindre i kjøretøy som reiser bare noen centimeter over bakken.

Et problem med biler med landhastighet er at sjokkbølgene som bygger seg opp ved nesen kan skape en oppadgående kraft som løfter bilen fra bakken. North American Eagle-teamet har installert canards -- små vingelignende fremspring - for å gi ekstra stabilitet og kontroll. Hvis du noen gang har stikk hånden ut av vinduet på en bil som reiser 60 km / t, har du en følelse av hvordan canards fungerer. Deres vinkel i luftstrømmen kan enten skape en oppadgående kraft eller a nedadgående kraft. Når det gjelder den nordamerikanske Eagle, vil systemet bli kontrollert uavhengig av driveren av en datamaskin. Den vil overvåke en belastningssensor på forakselen. Prosjektets testprogram vil verifisere at programvaren på datamaskinen vil justere canardene tilstrekkelig litt for å bruke akkurat nok, men ikke for mye, kraft for å holde forhjulet fra å forlate bakken og forhindre en nese opp holdning.

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

Går for rekorden
Å ha en bil som vil kjøre raskere enn lydens hastighet er selvfølgelig bare en del av problemet. Du må også finne et sted å rase det trygt - og å få resultatene dine offisielt målt og anerkjent som en ekte verdenshastighetsrekord. I Nord-Amerika er det bare noen få steder som egner seg til racing på land. Det er fordi landhastighetstrekkere krever et langt spor (så mye som 15 miles eller mer!) Av ekstremt åpent, flatt land. Daytona Beach ble brukt til 1935. Da henviste syklistene oppmerksomheten til Bonneville Salt Flats, en strekning av karrige saltleiligheter som dekker rundt 100 kvadrat miles i nordvest i Utah. Bonneville var det nordamerikanske favorittstedet for landhastighetsrenn fram til 1983. Imidlertid får drivmotoren til jetmotoren metallhjulene til å fiske på det harde saltet når de akselererer. Avstanden som nå eksisterer er bare totalt syv mil på grunn av saltutvinning de siste tiårene, noe som gjør banen for kort til å brukes. Av de grunner har Black Rock Desert i Nevada blitt brukt siden. Black Rock Desert tilbyr mer åpen plass, og fordi den pleide å være bunnen av en innsjø i stedet for et saltvannshav, forårsaker den mindre korrosjon på bilene.

For å gå foran rekorden, vil det nordamerikanske teamet måtte transportere bilen til Nevada og invitere tjenestemenn fra FIA. Så, i løpet av flere uker, vil teamet forberede kjøretøyet og gjøre et løp for rekorden. Et offisielt løp består av to forsøk, hver i motsatte retninger og gjennomsnitt. Den andre kjøringen må gå inn i det tidsbestemte området innen 60 minutter etter å ha forlatt det tidsbestemte milområdet til den første løypen for å kvalifisere seg etter de eksisterende regler.

Tiden for hvert forsøk måles langs en kilometer lang strekning kalt målt mil. Den offisielle tiden er gjennomsnittet av de to prøvetidene. Her er for eksempel hvordan Thrust SSC-teamet gjorde det i 1997 da de satte verdenshastighetsrekord:

Første prøve: 759 km / t
Andre rettssak: 766 mph
Gjennomsnitt: 763 mph
Lydens hastighet den dagen, på det stedet: 748 mph
Mach-hastighet: 1,02

For å bryte rekorden satt av Thrust SSC-teamet, må North American Eagle være minst en prosent raskere - eller omtrent 770 mph (Mach 1.03). Så langt har den nordamerikanske Eagle nådd en toppfart på bare 312 mph, registrert i mars 2005, men det var på lavhastighets flydekk vurdert til 350 mph. Med aluminiumsfelger og etterbrennere som sparker inn, regner teamet med at bilen kunne komme opp i 800 mph.

Viktige landhastighetsregister
Dato	Hastighet	Kjøretøy	Sjåfør	plassering
18. des 1898	39.252 km / t	Jeantaud	Chaselloup-LAUBAT	Acheres, Frankrike
21. juli 1904	103,561 mph	Gobron-Brillie	Louis Rigolly	Oostende, Belgia
24. juni 1914	124,095 km / t *	Benz # 3	L.G. Hornsted	Brooklands, England
21. juli 1925	150,761 mph	Sunbeam Bluebird	Sir Malcolm Campbell	Pendine, Wales
29. mars 1927	203,792 mph	Sunbeam 1000 HK	Henry Segrave	Daytona, USA
3. september 1935	301.129 mph	Railton Rolls Royce Bluebird	Sir Malcolm Campbell	Bonneville, USA
5. august 1963	407,518 mph **	Spirit of America	Craig Breedlove	Bonneville, USA
2. nov. 1965	555.483 mph	Spirit of America Sonic I	Craig Breedlove	Bonneville, USA
15. november 1965	600,601 mph	Spirit of America Sonic I	Craig Breedlove	Bonneville, USA
25. september 1997	714.144 mph	Trykk SSC II	Andy Green	Black Rock, USA
15. oktober 1997	763,035 mph	Trykk SSC II	Andy Green	Black Rock, USA
* Første toveis forsøk
** Første bil som bruker jetmotor

Foto med tillatelse av Mary Frances Howard
Steve Fossett

Løpet til løpet
Den nordamerikanske ørnens offisielle løp etter verdenshastighetsrekorden vil måtte vente i takt med at teamet skaffer mer penger og avslutter justeringen av bilen. I mellomtiden jobber ett eller to andre lag med biler som kan utfordre rekorden. En slik konkurrent er Steve Fossett; den plateinnstillende millionæren som nylig kjøpte Craig Breedloves Spirit of America og modifiserte bilen for et rekordforsøk fra oktober 2007. På en pressekonferanse i 2006 fortalte Fossett reporterne at han tror hans modifiserte Spirit of America kan nå hastigheter på 800 mph.

North American Eagle håper selvfølgelig å være først - og raskere. Dette er for å bevise at i hurtigløp på land er løpet til startstreken like avgjørende som løpet til mål.

Takk til Jon Higley av North American Eagle, Inc. for hans hjelp med denne artikkelen.

Relaterte artikler

Hvordan Champ Cars fungerer
Hvordan NASCAR racerbiler fungerer
Hvordan biloppheng fungerer
Slik fungerer Daytona 500
Hvordan biler fungerer
Hvordan bilmotorer fungerer
Hvordan gassturbinmotorer fungerer
Hvordan fungerer en jetbil?
Hvordan fly fungerer
Hva som forårsaker en sonisk boom?
Hvordan Sonic Cruisers vil fungere
Hvordan hypersoniske fly fungerer

Flere gode lenker

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

kilder

"Bonneville Salt Flats," Encyclopedia Britannica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
"Den britiske duoen setter den første supersoniske landhastighetsrekorden." CNN Interactive,
15. oktober 1997.
http://www.cnn.com/TECH/9710/15/brits.land.speed/.
"Jay Leno's Garage: Desk Jockey to Jet Jockey," av 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 nettsted
http://www.landspeed.com
"North American Eagle forbereder seg på å bryte verdensrekord for verdens land,"
av HSPN News. HSPN Global News, 25. oktober 2006.
http://news.hspn.com/articles/887/1/North-American-EagleTM-Prepares-to-Break-
Verden-Land-Speed-Record / page1.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 hastighet." HSW Express Magazine, januar 2007.
"The Need for Speed," av Dean Kuipers. Wired Magazine, oktober 1997.
http://www.wired.com/wired/archive/5.10/es_speed.html.
"Washington-basert team for å ta på seg landhastighetsrekord," av Associated Press.
Space.com, 19. juni 2003
http://www.space.com/businesstechnology/technology/land_speed_030619.html.