Если не считать небольшой перерыв в 60-70 годах, британские гонщики и инженеры сыграли важнейшую роль в установлении рекордов скорости на земле. Benz No. 3 от Lydston Hornsted побил рекорд, набрав 200 км/ч почти 100 лет назад. Спустя почти 20 лет после покорения звукового барьера в 1223 км/ч с автомобилем Thrust SSC в 1997 году, та же британская команда решила построить автомобиль Bloodhound SSC, чтобы взять отметку в 1600 км/ч.
Да, сегодня перед людьми, стоящими за Thrust SSC, стоит сложнейшая цель: разогнать еще не построенный Bloodhound SSC до 1000 миль в час (1600 км/ч). Сроки для достижения — 2016 год. Все будет проходить в пустыне Хакскин в Южной Африке, где и будет создан трек длиной 19 км и шириной 3,2 км.
Группа инженеров надеется вдохновить новое поколение британских инженеров и ученых на создание технологий, которые будут влиять на проектирование инженерных приложений и поддержат экономику Великобритании. Перед вам рассказ Бена Эванса, который работает над проектом Bloodhound SSC.
Как устоять на земле
Прошло семь лет с тех пор, как я впервые сел за переговоры с Роном Айерсом и Ричардом Ноблом, которые работали над Thrust SSC. На этой встрече мы обсуждали идею и в частности аэродинамические проблемы транспортного средства, которое разгоняется до 1600 километров в час.
Ключевой вопрос, который возник в начале разработки Bloodhound, звучал так: как удержать автомобиль на земле? Это важно, поскольку автомобиль на такой скорости, скорее всего, взлетит словно самолет. Для сравнения: обычный пассажирский самолет взлетает на скорости примерно в 240 км/ч. Разумеется, самолетам эта тяга нужна, чтобы взлетать, но для автомобиля, который едет со скоростью 1600 км/ч, любая ошибка будет означать катастрофу.
Развитие технологий и храбрость водителей позволяли устанавливать новые рекорды весь прошлый век. Даже несмотря на то, что первый рекорд был установлен на электромобиле, все же по большему счету рекорды устанавливали поршневые двигатели. Двигатели внутреннего сгорания, как их называют, находятся практически в каждом современном бензиновом или дизельном автомобиле. Но с этими двигателями можно набрать в лучшем случае 750 км/ч.
Чтобы выйти за пределы этих ограничений, автомобилестроителям нужно больше энергии. Поэтому они обратились к реактивным двигателям и ракетам, чтобы совместить их с автомобилями. Но когда скорость начала расти, сопротивление воздуха стало слишком весомым, чтобы его игнорировать. Аэродинамика автомобиля стала критичной для установления рекорда скорости.
Быстрее, сильнее, изящнее
Аэродинамика — это изучение потоков воздуха, движущихся вокруг тел и сил, оказываемых на это тело в процессе этого движения. Математические уравнения, описывающие это явление, настолько сложны, что, пока не появился первый суперкомпьютер несколько десятилетий назад, почти все аэродинамические учения проводились в ходе экспериментов в аэродинамических трубах или ракетных испытаний.
Тем не менее теперь мы в состоянии получить удивительно точные математические модели, если доверить решение этих уравнений суперкомпьютерам. С большей вычислительной мощностью компьютеры буквально могут запускать виртуальные испытания в аэродинамической трубе. Поток моделируется с учетом хаотической турбулентности на самых крошечных расстояниях и временных масштабах.
Но пока мы работали над проблемой, мы осознали, что удержать нос автомобиля направленным вниз — не проблема сама по себе. По сути, при условии того, что высота носа над землей будет определенной, мы будем в состоянии удержать переднюю часть автомобиля нейтрально поднятой, гарантируя то, что скорость потока под и над носом будут сбалансированы. Проблема заключалась в другом: удержать заднюю часть автомобиля на земле в условиях сильных ударных волн, генерируемых большими задними колесами и подвеской.
Это непредвиденное изменение аэродинамических характеристик привело к 6-месячной оптимизации задней подвески, в результате которого родился дизайн «дельта обтекателя». Эта конструкция эффективно защищала базу и днище автомобиля от подушки высокого давления, создаваемой под задним колесом, когда автомобиль преодолевает барьер скорости звука. Без конструкции дельта обтекателя Bloodhound оторвался бы от земли примерно со скоростью 0,9 маха (90% от скорости звука).
Подумать о цифрах
В те дни у нас не было никакого реального «чувства» того, насколько стабильным будет автомобиль. Мы не знали, насколько большим он будет, чтобы «нос держался по ветру», как говорит Энди Грин, наш водитель.
Во время работы над первыми итерациями аэродинамической конструкции, когда мы полностью сосредоточились на вопросе внешнего вида автомобиля и возможно ли это вообще, мы постоянно удивлялись характеристикам, которые подсовывало нам компьютерное моделирование. Я регулярно появлялся на встречах инженеров и озвучивал свой доклад, который сплошь состоял из фраз «это то, что подсказывает моделирование» и «я понятия не имею, почему, дайте мне время».
Мы словно путешествовали по инженерному проектированию. На рисунке ниже показана эволюция конструкций с 2007 года по нынешнее время (12 вариант). Вы должны заметить, что мы стремились создать оптимальный ракетный дизайн. Степень изменений геометрических форм уменьшается. Любой, кто использовал метод проб и ошибок, поймет, что мы хотели сделать. Что более важно, аэродинамические эффекты, которые проявились бы после изменений геометрических форм, становились все более предсказуемыми.
Внося самые последние и самые тонкие изменения экстерьера автомобиля, Рон и я были в состоянии уверенно предсказать влияние этих изменений на аэродинамические свойства интуитивно, а после — проверить методом компьютерного моделирования.
Читайте также: Первые водородные авто появятся на рынке в 2015 году
Однако по мере приближения к испытаниям автомобиля, которые начнутся в 2015 году, вопрос того, останется ли эта возможность предсказаний, пока открыт. С академической точки зрения, я надеюсь, что нет, поскольку хочу узнать больше о поведении компьютерной модели в экстремальных условиях. Было бы интереснее, если бы появились новые вопросы. Но на данный момент нам нужно сосредоточиться на строительстве Bloodhound. Новый рекорд наземной скорости должен быть установлен.
Источник: Hi-Tech News