Pedeorelha | Hur den nordamerikanska örnen fungerar

Jacob Hoover
0
5216
2

Bildgalleri: Exotiska bilar

© Copyright 1996 - 2007 E & D Services, North American Eagle, Inc.
Alla rättigheter förbehållna.
World Speed King. Se fler bilder på exotiska bilar.

De flesta människor är helt glada att kryssa med sina bilar längs vägskedet på en respektabel 65 km / h. Andra vill ha mer hastighet och uppnå det genom att lägga till större motorer, superladdare och andra fordonsmuskler. Och ännu andra - de sällsynta spänningssökande som kallas hastighetsfreak vill bara en sak och en sak: den snabbaste bilen på planeten och beteckningen som "World Speed King." Sedan 1997 har denna beteckning tillhört British Thrust SSC, som blev den första bilen som någonsin bröt ljudbarriären när föraren Andy Green koxade det jetdrivna fordonet till en hastighet av 763 mph.

Men ett nordamerikanskt lag är på väg att ändra allt detta. Ledd av Ed Shadle och Keith Zanghi hoppas teamet kunna vägleda dess inträde - North American Eagle -- in i rekordböckerna genom att bryta världens landhastighetsrekord och föra titeln världens snabbaste bil tillbaka till den nordamerikanska kontinenten. I den här artikeln undersöker vi hur den nordamerikanska örnen fungerar, liksom stegen som måste ske för att varje bil ska kunna sätta ett officiellt landhastighetsrekord.

Ett team av frivilliga The North American Eagle-projektet är ett verkligt kärleksarbete. Teamet som Shadle och Zanghi har samlat består strikt av frivilliga som donerar nätter, helger och helgdagar. De flesta ger en hög kompetensnivå till ett av bilens kritiska system. Team North American Eagle inkluderar en utkastningspecialist som arbetade på NASA-rymdsuppdrag, en jetmotormekaniker, en datortekniker, en före detta B-52-mekaniker, en specialist för autokropp och en ingenjör.

Foto med tillstånd av NASA
F-104 Starfighter under flygning.

North American Eagle är en bil, men bara i strikt akademisk mening. Den har hjul, en motor, instrumentering och en plats för föraren att sitta. Det är där jämförelserna slutar dock.

Det är närmare sanningen att kalla North American Eagle en jet på hjul. Faktum är att bilens chassi är baserat på flygplanet i ett flygplan känt som F-104 Starfighter. Starfighter, som introducerades av Lockheed Corporation 1954, var den första operativa militära jet som var i stånd att flyga vid Mach 2, eller två gånger ljudets hastighet. Den avvecklades 1967 till förmån för nyare flygplan, men även i dag ser den snygga, strömlinjeformade strålen ut som den byggdes för hastighet. Shadle och Zanghi var tydligt intresserade av de aerodynamiska egenskaperna hos Starfighter när de köpte det avvecklade planet från en överskottsflyghandlare i Maine för 25 000 dollar. För att konvertera den till en bil täckte North American Eagle-teamet vingrötter (vingarna hade redan tagits bort) och lagt till ett upphängningssystem. Teamet gjorde också ändringar av en kraftfull turbojetmotor, samma typ som drev jaktstrålen till mer än dubbelt så mycket som ljudet i luften med vingar, som bilen använder som kraftkälla.

Som ni kan föreställa er den nordamerikanska örnen inte ett fordon som någon skulle köra på gatorna. Istället tillhör det en grupp bilar som kallas landhastighetsförare. I officiell tävling måste landhastighetsförare följa strikta regler och föreskrifter som fastställts av EU Federation Internationale de L'Automobile (FIA), det huvudsakliga styrorganet för de flesta typer av bilracing. FIA känner igen flera klasser av landhastighetsförare, baserat på deras övergripande design och maktkälla, och erkänner rekordhållare i varje. Den nordamerikanska örnen tävlar i klassen Special Construction, som själv innehåller tre kategorier: Obegränsade Streamliners, Lakesters och Unlimiteds.

Foto med tillstånd av USA: s flygvapen / fotograf Sue Sapp
En turbofanmotor testas vid Robins Air Force Base, Georgia, USA.

Unlimited-kategorin har utvecklats specifikt för fordon som är beroende av jet- eller raketframdrivning för att öka hastigheten. Jetframdrivning inträffar när bränsle förbränns i närvaro av syre från atmosfären, vilket skapar en ström av expanderande gaser som, när de drivs ut genom ett munstycke, genererar tryck. Raketframdrivning är baserad på liknande principer förutom att syret transporteras tillsammans med bränslet. Den nordamerikanska örnen är naturligtvis ett jetdrivet fordon som drar nytta av en General Electric LM-1500 turbojetmotor. Vi kommer att prata mer om motorn i nästa avsnitt, men du borde veta att LM-1500 kan producera, i sin helt förbättrade form, 52 000 hästkrafter - nästan 375 gånger mer kraft än den genomsnittliga Honda Civic.

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

Även om allt går när det gäller drivkraft måste Unlimited begränsa andra stränga designkrav. Till exempel kan de inte använda några vingade ytor för att kontrollera fordonet och måste ha minst fyra hjul. Fordon med tre hjul anses inte alls som bilar och måste tävla som motorcyklar.

Obegränsade har konsekvent sträckt gränserna för landhastighet sedan FIA grundade klassen 1964. Bilar som Green Monster, Spirit of America, Thrust II och Thrust SSC tävlade genom rekordböckerna och överträffade 500 mph milstolpen, 600 mph milstolpen , milstolpen på 700 km / h och slutligen ljudbarriär, vilket är 760 mph vid en temperatur på 15 ºC och havsnivåtrycket. Målet för den nordamerikanska örnen är att slå det nuvarande landhastighetsrekordet på 763 mph i genomsnitt hastighet - och att bli den snabbaste bilen som någonsin tävlar över jordytan.

Även om den nordamerikanska örnen till skillnad från någon bil du ser på mellanstaten, har den många av de stora fordonssystemen du skulle hitta på ett produktionsfordon. Låt oss bryta ner örnen och se vad som får den att flytta så snabbt.

Chassi
Det nordamerikanska Eagle-chassit, som upprätthåller alla grundläggande dimensioner för Starfighter-flygkroppen, är 56 fot lång, sju fot bred vid näsan och nio fot bred vid svansen. Som du kan föreställa dig, att transportera ett så stort fordon är en utmaning. För att flytta den från plats till plats använder teamet en Volvo-dieseltraktor som drar en semitrailer i full storlek.

Suspension
Som ett flygplan krävde inte Starfighter ett fjädringssystem för att hjälpa till att absorbera chocker och stötar som kommer från att köra över en grov yta. Som en bil måste den nordamerikanska örnen kunna navigera brister i vägen utan att förlora hastigheten eller kompromissa med bilens stabilitet. Bilen kommer bara att köra på en torr lerbädd som är helt fri från brister under hela körningsavståndet. inga vägar. Det är därför Black Rock-öknen är en bra plats för rekordförsök. Teamet löst problemet genom att använda ett gaschocksystem för att stänga framsidan av bilen. Den bakre upphängningen är baserad på en rektangulär ram, konstruerad av rektangulär stålrör anordnad i en delta, eller triangulär, konfiguration bakåt. Denna ram är tillverkad av mjukt (eller lågt kol) stål, som är billigt, starkt och lättformat.

Foto med tillstånd av flygplanets flygande handbok
De grundläggande komponenterna i en gasturbinmotor.

Motor
Turbojetmotorn som driver den nordamerikanska örnen är typisk för de flesta kommersiella och militära flygplan. Om du läser hur gasturbinmotorer fungerar ser du att dessa motorer består av turbiner, en förbränningskammare, bränsleinsprutare och en kompressor. Kompressorn suger luft in i förbränningskammaren, där syre används för att bränna bränsle. När bränslet brinner riktas avgaser mot turbinerna. En uppsättning turbiner driver kompressorn direkt via en axel. De andra turbinerna roterar fritt och skapar en höghastighetsström av luft som riktas genom ett munstycke. Denna höghastighetsström av luft genererar drivkraft baserat på Newtons tredje rörelselag (för varje handling finns det en lika och motsatt reaktion).

Resultaten av dålig bromsning
Landhastighetstävling är inte för svårhjärtade. 1964, medan han gjorde sin andra oktoberkörning för rekordet i Spirit of America, hade Craig Breedlove en nästan dödlig olycka när fallskärmarna på bilen revs från deras stigande linjer. Utan extra drag från rännorna kunde Breedlove inte stoppa bilen med skivbromsarna, som brann ut. Bilen fick så småningom vila i ett saltvattendamm och Breedlove fiskades ut oskadd. Mindre än en månad senare återvände Breedlove till Bonneville Salt Flats och blev den första personen som körde en bil snabbare än 500 mph.

Eagles LM-1500-motor är den civila versionen av J-79-15-motoren som används i militära flygplan som F-4 Phantom. Den mäter tre fot i diameter och väger 3 840 pund. Kompressorn är ansluten med en enda axel till turbinerna och har 17 steg för att mata supersyrerik luft till det bränsle som pumpas in av injektorerna. Både bränslemunstyckena och brännskannorna är keramiskt belagda, vilket hjälper till att minska värmen och ger 13 procent mer kraft.

Vid tomgång förbrukar motorn 18 liter jetbränsle per minut. Teamet har två olika modeller av LM-1500; en producerar totalt 42 500 hästkrafter för låghastighetsprovning, och en andra har keramiska beläggningar på turbinbladen och brännskannorna, vilket kommer att producera så mycket som 52 000 hästkrafter för höghastighetsrekordkörningar.

Wheels
Den nordamerikanska örnen rider på fem hjul - ett framför att styra, två sida vid sida på en förskjuten mittchassiaxel och två bak. Vid låg hastighet (under 350 mph) är hjulen utrustade med gummidäck. För höghastighetslöpningar (upp till 800 mph) tas standardflyghjulen bort och ersättas med massiva billet-aluminiumhjul med ett titanband på hjulets yttre löpyta för större styrka och spänningsskydd, bearbetad specifikt för användning på Örn. Inga däck används i höghastighetskonfigurationen.

© 1996 - 2007 E&D Services, North American Eagle, Inc. Alla rättigheter förbehållna.
Fallskärmen drar ut för att bromsa örnen på väg att stoppa.

Bromssystem
Saktar ner ett fordon från överljuds- hastigheter kräver en fasad metod med flera tekniker. Förutsatt att Eagle reser med en målhastighet av 800 mph, så här fungerar bromsning:

Föraren drar tillbaka på gasspjället. Genom att göra detta avlägger han hastighetsbromsdörrar som finns på vardera sidan av flygkroppen, precis framför svanssektionen. Dessa hastighetsbromsar var hydrauliskt aktiverade och var en del av den ursprungliga flygplanens utformning och fungerar på samma sätt genom att skapa drag för att bromsa fordonet. När hastighetsbromsarna är utplacerade börjar bilen en gradvis retardation.
Vid cirka 650 km / h används en drogue fallskärm för att hjälpa hastighetsbromsarna. En drogue chute är mer långsträckt och mycket tunnare än en konventionell fallskärm, vilket innebär att den skapar mindre drag och är mindre benägna att rivas isär. En mycket större huvudruta följer drogue på cirka 500 mph, vilket skapar ännu mer drag. Detta bromsar bilen till cirka 125 mph.
Vid 500 km / h kan föraren aktivera magnetbromsarna på bakhjulen för att skrubba bort den kinetiska energin som byggs upp i de massiva 300 kilos hjulen, som tenderar att snurra långsammare än bilen kommer att bromsa. Dessa är avancerade komponenter tillverkade av sällsynta jordartsmetaller (neodymiumjärnbor eller NdFeB) magneter monterade i rostfritt stålkonsoler på bakaxeln nära varje hjul. Konsolerna rör sig nära, men vidrör inte, en aluminiumrotor monterad på insidan av hjulnavet. Det resulterande magnetiska motståndet bromsar bilen till 100 mph.
Slutligen, med bilen som kör mindre än 100 mph, kommer en "Flintstone" brytplatta (för närvarande under utveckling) precis utanför cockpiten, att hydrauliskt aktiveras för att dra längs marken med hastigheter under 100 mph.

Cockpit
Den nordamerikanska örnens cockpit rymmer en enda förare som fästs på plats av en extra bred säkerhetsbälte med en fempunktsfäste. Istället för en ratt hittar föraren Starfighter's ursprungliga flygpinne. Ett hydrauliskt system kommunicerar ingång från cockpiten till framhjulen, vilket gör att föraren kan styra bilen åt höger eller vänster. En mycket grundläggande instrumentpanel, som inkluderar temperaturmätare, bränsle- och oljetrycksmätare, lufthastighetsindikator och Mach-mätare, är synlig precis bortom flygpinnen. Och en radio gör det möjligt för föraren att kommunicera med markbesättningsmedlemmar och annan supportpersonal som hjälper till att övervaka banans tillstånd och andra variabler som kan påverka resultatet av loppet.

Foto med tillstånd av flygplanets flygande handbok
Diagram över chockvågor.

En av de största utmaningarna som den nordamerikanska örnen står inför är att övervinna frågor relaterade till resor i supersoniska hastigheter. Vid sådana hastigheter (dvs. större än ljudets hastighet) kommer bilen att producera chockvågor som kan påverka fordonets stabilitet och ge en sonisk bom. Låt oss ta en snabb titt på hur dessa chockvågor bildas och hur den nordamerikanska örnen kommer att kompensera för dem.

När ett föremål rör sig genom luften skjuter det luftmolekyler ur vägen och skapar vågor av komprimerad och okomprimerad luft. Dessa lufttrycksvågor förflyttar sig från objektet i alla riktningar med ljudets hastighet. Så länge objektet rör sig långsammare än ljudets hastighet kommer det inte att komma i tryckvågorna. Men om objektet rör sig med ljudets hastighet eller snabbare, kommer det att komma till tryckvågorna och börjar trycka på dem och höja vågorna när de skapas. Dessa staplade vågor kallas chockvågor.

Foto med tillstånd av USA: s regering
Illustration av var kanardarna finns (i blått).

När chockvågorna når marken kan de avkännas som en sonisk bom. Intensiteten för den soniska bommen bestäms av flera faktorer: avståndet mellan föremålet och marken, objektets storlek och form och atmosfäriska förhållanden, inklusive lufttryck, temperatur och vindar. Sonic bommar har varit väl studerade i flygplan, men mindre i fordon som reser bara några centimeter över marken.

Ett problem med landhastighetsbilar är att chockvågorna som byggs upp vid näsan kan skapa en kraft uppåt som lyfter bilen från marken. North American Eagle-teamet har installerat canards -- små vinge-liknande projektioner - för att ge extra stabilitet och kontroll. Om du någonsin har tagit handen ut genom fönstret på en bil som kör 60 km / h, har du en känsla för hur canards fungerar. Deras vinkel i luftströmmen kan antingen skapa en uppåtkraft eller a nedåtkraft. När det gäller North American Eagle kommer systemet att kontrolleras oberoende av föraren av en dator. Den övervakar en lastgivare på framaxeln. Projektets testprogram kommer att verifiera att mjukvaruprogrammet på datorn kommer att tillräckligt justera kapslarna något för att applicera tillräckligt, men inte för mycket, nedkraft för att hålla framhjulet från att lämna marken och förhindra en näsa upp attityd.

Foto med tillstånd av Nevadaskommissionen för turism
Black Rock Desert, Nevada

Går för posten
Att ha en bil som kommer att köra snabbare än ljudets hastighet är naturligtvis bara en del av problemet. Du måste också hitta en plats att tävla om det på ett säkert sätt - och att dina resultat officiellt ska mätas och erkännas som en sann världshastighetsrekord. I Nordamerika finns det bara ett fåtal platser som är lämpliga för landhastighetstävling. Det beror på att landningshastighetsförare kräver ett långt spår (så mycket som 15 miles eller mer!) Extremt öppet, platt land. Daytona Beach användes fram till 1935. Därefter uppmärksammades tävlande på Bonneville Salt Flats, en sträcka av karga saltlägenheter som täcker cirka 100 kvadrat miles i nordvästra Utah. Bonneville var den nordamerikanska favoritplatsen för landhastighetstävlingar fram till 1983. Däremot får jetmotorns drivkraft att metallhjulen fiskar på det hårda saltet när de accelererar. Avståndet som nu finns är bara totalt sju mil på grund av salt gruvdrift under de senaste decennierna, vilket gör banan mycket för kort att använda. Av dessa skäl har Black Rock Desert i Nevada använts sedan dess. Black Rock Desert erbjuder mer öppet utrymme, och eftersom det brukade vara botten av en sjö istället för ett saltvattenhav, orsakar det mindre korrosion på bilarna.

För att få rekordet måste det nordamerikanska teamet transportera bilen till Nevada och bjuda in tjänstemän från FIA. Sedan, under flera veckor, kommer teamet att förbereda fordonet och göra en körning för rekordet. En officiell körning består av två försök, var och en i motsatta riktningar och i genomsnitt. Den andra körningen måste ange det tidsinställda området inom 60 minuter efter att ha lämnat det tidsbestämda milområdet för den första runm för att kvalificera sig enligt de befintliga reglerna.

Tiden för varje försök mäts längs en milsträcka som kallas uppmätt mil. Den officiella tiden är genomsnittet av de två provtiderna. Här är till exempel hur Thrust SSC-teamet gjorde det 1997 när de satte världens landhastighetsrekord:

Första försöket: 759 mph
Andra rättegången: 766 mph
Genomsnitt: 763 mph
Ljudets hastighet den dagen på den platsen: 748 mph
Mach hastighet: 1,02

För att bryta rekordet som sattes av Thrust SSC-teamet, måste den nordamerikanska örnen vara minst en procent snabbare - eller ungefär 770 mph (Mach 1.03). Hittills har den nordamerikanska örnen nådd en topphastighet på endast 312 mph, registrerad i mars 2005, men det var på låghastighets flygplan däck som är rankade till 350 mph. Med aluminiumhjul och efterbrännare som sparkar in räknar teamet med att bilen kunde nå 800 mph.

Viktiga landhastighetsregister
Datum	Fart	Fordon	Förare	Plats
18 december 1898	39,222 mph	Jeantaud	Chaselloup-Laubat	Acheres, Frankrike
21 juli 1904	103,561 mph	Gobron-Brillie	Louis Rigolly	Ostend, Belgien
24 juni 1914	124,095 mph *	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 HP	Henry Segrave	Daytona, USA
3 september 1935	301,129 mph	Railton Rolls Royce Bluebird	Sir Malcolm Campbell	Bonneville, USA
5 augusti 1963	407,518 mph **	Spirit of America	Craig Breedlove	Bonneville, USA
2 november 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	Tryck SSC II	Andy Green	Black Rock, USA
15 oktober 1997	763,035 mph	Tryck SSC II	Andy Green	Black Rock, USA
* Första tvåvägsförsöket
** Första bilen som använder jetmotor

Foto med tillstånd av Mary Frances Howard
Steve Fossett

Loppet till loppet
Den nordamerikanska örnens officiella körning för världens landhastighetsrekord måste vänta när teamet samlar in mer pengar och avslutar justeringen av bilens design. Under tiden arbetar ett eller två andra team med bilar som kan utmana posten. En sådan konkurrent är Steve Fossett; den skivmiljardäraren som nyligen köpte Craig Breedloves Spirit of America och modifierar fordonet för ett rekordförsök i oktober 2007. Vid en presskonferens 2006 berättade Fossett till reportrar att han tror att hans modifierade Spirit of America kan nå hastigheter på 800 km / h.

Den nordamerikanska örnen hoppas naturligtvis att vara först - och snabbare. Detta bevisar att loppet till startlinjen är lika avgörande i landhastningstävlingen som loppet till mål.

Tack till Jon Higley av North American Eagle, Inc. för hans hjälp med denna artikel.

Relaterade artiklar

Hur Champ Cars fungerar
Hur NASCAR racerbilar fungerar
Hur bilupphängningar fungerar
Så fungerar Daytona 500
Hur bilar fungerar
Hur bilmotorer fungerar
Hur gasturbinmotorer fungerar
Hur fungerar en jetbil?
Hur flygplan fungerar
Vad som orsakar en sonisk boom?
Hur Sonic Cruisers kommer att fungera
Hur hypersonic plan fungerar

Fler bra länkar

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

källor

"Bonneville Salt Flats," Encyclopedia Britannica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
"Den brittiska duon sätter första supersoniska landhastighetsrekord." 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 webbplats
http://www.landspeed.com
"North American Eagle förbereder sig på att bryta World Speed Speed Record,"
av HSPN News. HSPN Global News, 25 oktober 2006.
http://news.hspn.com/articles/887/1/North-American-EagleTM-Prepares-to-Break-
World-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 av hastighet." HSW Express Magazine, januari 2007.
"Behovet av hastighet" av Dean Kuipers. Wired Magazine, oktober 1997.
http://www.wired.com/wired/archive/5.10/es_speed.html.
"Washington-baserat team för att ta landhastighetsrekord", av Associated Press.
Space.com, 19 juni 2003
http://www.space.com/businesstechnology/technology/land_speed_030619.html.