您的位置: 河源信息港 > 金融

如何制造世界上快的车

发布时间:2019-03-05 19:09:13

导语:你是否想过快的车可以达到何种速度?其实人们更难想象到的,是制造一辆如此高速的快车会遇到何种挑战。而本文就对此进行了简要解析。

关键词:陆上快;汽车;光滑;能量;坚固

在2016年,一只由工程师和冒险家组成的团队将会去到南非沙漠,并在那尝试成为史上驾车时速达到1,000mph的批人。这台叫寻血猎犬(Bloodhound SSC)的英国产汽车,其制造目的就是为了打破现今陆地快速度763mph,成为世上时速的快车。

但令人惊讶的是这个令人难以置信的目标竟然还不是这个项目的主要目的。对于100年里连续79次打破陆地极速记录的英国来说,打破陆上快速度记录已经不是什么新鲜事了——而在近的32年里,这个(陆地快)记录由Andy Green 驾驶的“推进”号超音速车(Thrust SSC)保持。而当Green及前任记录保持者Richard Noble,以及之后科技部长勋爵Drayson在2008年出了寻血猎犬计划时,其目的旨在鼓励下一代人才将他们的志向投入到科技、技术、工程和数学上。

当然,另一个目标就是去挑战一个国家的工程师才能完成的研究和开发项目。但是,如何着手设计和制造一辆比世界上从未见过的车还要快上数百英里的汽车?主要有三个要点需要考虑。它是否足够光滑?是否具有足够的动力?是否足够坚固?

空气动力学的光滑课题

任何人都能从放风筝这件事上了解到流动空气的巨大力量。如果你使用气流来助你一臂之力,那是极好的,但对于寻血猎犬而言,我们需要用比音速还快的速度推动它,让它与气流逆向而行。在空气中推动一个物体将会创造大量的阻力,并且物体的迎风面积越大,阻力就越大。

“推进”号超音速车使用了两个喷气式发动机来提供动力。

如何制造世界上快的车

其运转过程是这样的:正前方吸入空气,将其压缩,用于燃烧燃料,将它集中于尾部以产生推力。这种设计需要一个大的迎风面积使喷气发动机可以吸入足够的空气。但分析表明,这样的设计将永远无法达到1,000mph。这么大的迎风面积会产生很大的阻力,以目前的技术来说,根本无法产生足够的能量来战胜它。所以与之相反,我们必须设计有较小迎风面积的汽车,并且需要加上一个火箭发动机(下文将详细阐述)。

为了测试空气动力学,团队成员在斯旺西大学内使用了一个被称为计算流体动力学(CFD)的系统来在一个计算机模型上进行了测试。这可以让研发团队了解在低速(亚音速)下汽车外形会受气流何种影响,而当它接近于音障(接近音速)和高速(超音速)时又会有什么影响。终,我们模拟了超过150种设计,以确保我们有一个在任何速度下都能平稳行驶的车辆。

世界上的模型套件?图片来源:Stefan Marjoram/Bloodhound

给“猛兽”提供能量

由于需要有一个较小的迎风面积,所以不可能运用两个喷气发动机。解决方案是将喷气发动机与火箭推进器结合。火箭可以通过燃烧混合液态燃料和液态氧气或通过点燃爆炸性混合固体燃料和氧化剂来生产生不可思议的能量。用这无论是使用喷气发动机还是火箭推进器,化学品都是一个重大问题。液态氧必须保持在-182℃所以非常难以处理。使用固态燃料的火箭,一旦启动,就不能停止,必须直到所有燃料耗尽。再次,必须找到第三种解决方案。

我们选择使用很纯的过氧化氢(一种可以用它来使头发变色的东西)作为氧化剂,同时利用一种橡胶颗粒作燃料的混合火箭。这意味着我们可以通过关闭氧化剂的流动来阻止爆炸,以此自造一个可控制的火箭。

但是,这又产生了另一个问题:如何让氧化剂进入到火箭里。为了达到一个能适应陆地速度记录的解决方案,我们使用了高功率的捷豹跑车发动机为燃料泵提供动力,使其能在20秒内为火箭提供1000L的氧化物。这三个引擎同时工作应该足以让我们达到1,000mph。

将零散器件整合

另一个值得关注的点是,所有的汽车部件都将经受巨大的压力。例如,车轮的外侧旋转很快,所以它们产生的力比地球的重力大上5万倍。这意味着,每克材料将具有50公斤的有效质量。同时,驱动燃料泵的轴必须携带相当扭矩同时移动的具有腐蚀作用的液体。

为了克服这些挑战,车轮由一整块的铝合金锻造。这确保了整块金属的组成颗粒是对齐的,从而减少出现缺陷或破裂的可能。车身外壳由碳纤维制造,以确保足够轻但具有难以置信的强度。而燃料泵的驱动轴由新型不锈钢 Custom 465制造,一种不会发生化学反应,但具有打开泵所需的强度的材料。然后,我们彻底地测试每个组件,并记录了它们在记录测试过程中受到的力。

成品车。但估计这辆车在哪儿也没法找到停车位了吧?图片来源:Stefan Marjoram/Bloodhound

上述种种难题都说明,要设计和建设一辆像寻血猎犬的汽车需要丰富的专业知识。而其中涉及了太多太多的人,如那些开发了这些材料的化学家们和那些制造了这些组件,并将其集成到一个单一的工作系统的工程师们,打破陆地速度纪录的合作项目涉及到的不仅仅是司机而是更多的人。当这辆车在2016年达到了它那令人激动的时速记录时,所有参与了寻血猎犬制造的人们,都将如身临驾驶舱般,见证它所取得的成功。

作者简介:Phil Spiers,谢菲尔德大学先进制造研究中心结构测试负责人。

(翻译:曾梓浩 审校:海带丝)

原文链接:

猜你会喜欢的
猜你会喜欢的