Сверхзвуковые автомобили

История освоения сверхзвуковой скорости. Создание и испытания автомобиля Thrust SSC, который преодолел звуковой барьер. Его конструктивные и функциональные характеристики, перспективы развития. Сложности и последствия использования сверхзвуковой скорости.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Научная работа

На тему

Сверхзвуковые автомобили

Введение

сверхзвуковой скорость автомобиль

Что такое сверхзвуковая скорость?

Это скорость тела, движущегося в веществе с более высокой скоростью, чем скорость звука для данной среды.

Примерно через пятьдесят лет после своего рождения авиация отметила еще одно знаменательное событие -- самолет смог преодолеть звуковой барьер. Это означает, что с этого момента скорость некоторых видов специальных летательных аппаратов (сверхзвуковых самолетов) стала больше скорости звука, которая в зависимости от высоты полета равна 300--340 м/с. Преодолеть этот барьер оказалось не таким уж легким делом. Просто разогнать самолет до скорости, немного превышающей 1 000 км/ч, оказалось недостаточным.

А преодолеть барьер скорости звука на автомобиле, куда еще сложнее….

21 августа 1991 года Эл Тиг разогнал по солончаковой равнине Бонневил (Юта, США) автомобиль собственной конструкции "Спид-О-Мотив/ Спирит-76" до 684,322 километров в час.

Это на сегодняшний день рекорд скорости для автомобилей с колесным приводом.

Но ведь это не сверхзвуковая скорость, т.к. для преодоления скорости звука нужно развить скорость примерно в 1150-1230 км/ч (в зависимости от температуры и давления воздуха). А в наше время ее можно достичь только с помощью реактивной тяги.

1. История преодоления сверхзвуковой скорости

В 1965 году Арт Арфонс построил в домашних условиях автомобиль оснащенный двигателем GE J79, и принесший Арфону первую победу 923,2 км/ч. В ноябре 1966-го очередной мировой рекорд 976 км/ч.

Пять лет спустя, в 1970 году, американец хорватского происхождения Гари Габелич на ракетном аппарате Blue Flame впервые в истории преодолел рубеж в 1000 км/ч.

Впервые звуковой барьер был взят 17 декабря 1979 г. Сделал это американец Стэн Баррэт на автомобиле-ракете «Будвайзер». Баррэт успешно прошел контрольный отрезок трассы по полигону военно-воздушной базы "Эдварде", выпустил тормозной парашют. Через 6,5 мили машина благополучно остановилась. В то утро техника сработала успешно. Приборы показали: максимальная скорость 1190,344 км/ч! Выше скорости звука! Однако для официального утверждения рекорда необходим был еще один заезд -- в обратном направлении. Но Баррэт от него отказался. Почему? Согласно официальному отчету, задние колеса автомобиля при движении то и дело отрывались от земли, Баррэта вытряхнуло из сиденья еще задолго до конца пробега. Лишь привязные ремни да стены кабины удержали его в машине. И он не стал испытывать судьбу еще раз, предпочел остаться в истории техники первым человеком, неофициально превысившим скорость звука на автомобиле.

В 1983 году англичанин Ричард Нобл на реактивном Thrust II официально установил наземный мировой рекорд скорости: 1019,26 километра в час. От заветного предела -- скорости звука -- его отделяли какие-то 169 километров в час!

15 октября 1997 г. англичанин Энди Грин, в прошлом пилот британских ВВС, впервые преодолел звуковой барьер на автомобиле Thrust SSC разработанный Ричардом Ноблем, Гленном Баушером, Роном Айерсом и Джереми Блиссом. Был установлен новый мировой рекорд скорости для аппаратов, двигающихся по поверхности земли! Согласно усредненным данным, он равен 766,097 м/ч. или 1232,91 км/ч.

2. Описание сверхзвукового автомобиля Thrust SSC

Для создания и испытаний этой машины потребовалось 5 лет. Этот «монстр» имел длину 16м. и ширину 3,5м. Расход топлива составлял 18 литров в секунду, а объём бака 1125 литров. На нем было установлено два турбовентиляторных двигателя Rolls Royce создающие суммарную мощность в 106000 л.с. этого было достаточно для того чтобы 10-ти тонный «монстр» преодолел звуковой барьер. По теории любой объект превышающий скорость 1188км/ч., при стандартных условиях, генерирует мощные механические колебания. Последние, естественно достигают земли под автомобилем, затем отраженные от нее волны переменного давления ударяют в его днище. Но эта механическая вибрация гасится трубчатым фюзеляжем, а элероны не дают машине покинуть землю.

Чтобы выдержать высокое давление при высокой скорости, корпус изготавливают из очень прочной стали. А его кабина напоминает кабину самолета. Проблема заключалась в том, что его аэродинамические формы не позволяли сделать передние колеса рулевыми, поэтому команда пошла на риск и сделала рулевыми задние колеса. Передние колеса находились по бокам от двигателей, а четыре задних (рулевых) в шахматном порядке закреплены под хвостом.

3. Сложности и последствия преодоления сверхзвуковой скорости

сверхзвуковой скорость автомобиль

Нужно учесть что когда какое-нибудь тело, например крыло самолета, движется в воздушной среде, то оно создает вокруг себя возмущения этой среды. На деле это выражается в создании вокруг крыла волн разрежения и сжатия. Они как бы подготавливают находящиеся впереди слои воздуха к обтеканию крыла -- частицы воздуха приобретают некоторую скорость и расступаются в стороны еще до того, как передняя кромка крыла их достигнет. Таким образом, самолет как бы прокладывает перед собой туннель, по которому потом и летит.

Но все вышесказанное будет справедливым лишь при условии, что скорость полета самолета не превышает скорости звука, с которой распространяются возмущения. При этом они успевают обогнать крыло и передать команду воздуху расступиться. В результате воздух плавно обтекает крыло.

Первые сверхзвуковые самолеты, обогнав звук, столкнулись с большой проблемой. Воздушные массы оказывались «не готовы» к встрече с крылом и не расступались перед ним. Более того, возмущения не распространялись в разные стороны, а накапливались, сжимая воздух, вдоль двух линий, называемых ударными волнами. Поэтому, когда над нами пролетает сверхзвуковой самолет, мы слышим грохот, напоминающий раскаты грома, -- это до нашего уха долетает звуковая волна. Обтекание воздухом крыла при этом уже не будет плавным, и для летательного аппарата будет создаваться дополнительное сопротивление, получившее название «волновое».

Оказывается, что при полете со скоростью, при которой М > 1, сжимаемые перед самолетом воздушные массы нагреваются и передают теплоту окружающим предметам. С этим явлением можно встретиться при накачивании насосом мяча или колес велосипеда. Через некоторое время можно почувствовать, что корпус насоса стал заметно теплее. То же самое происходит и с теми частями самолета, которые во время сверхзвукового полета сжимают перед собой воздух. Эксперименты и измерения, проведенные учеными, показали, что самолет, преодолев звуковой барьер, «наталкивается» еще на один -- тепловой. Величина температуры, которую воздух способен передать летательному аппарату, оказалась весьма значительной. Так, например, расчеты показали, что некоторые детали самолета, достигшего скорости, при которой М = 5, могут нагреться до 1 000°С, даже если полет будет проходить в стратосфере на высоте более 12 км, где температура окружающего воздуха опускается ниже минус 55°С.

Главная проблема, которую предстояло преодолеть гонщикам и конструкторам, -- сохранить устойчивость машины при переходе звукового барьера. Машина переходит звуковой барьер неравномерно. Часть воздушных струй обтекают корпус со сверхзвуковой скоростью, а часть еще с дозвуковой. В этот момент двигатель издает резкий хлопок, и такая ударная волна может сбить автомобиль с курса. С этим что-то надо делать. В своем «Трасте» Нобл решил эту проблему, сделав машину массивной и приземистой, а значит, и более устойчивой. Увеличенный вес, а также то, что водитель располагался посредине машины, почти в центре тяжести, наконец наличие киля со стабилизатором, позволяли надеяться, что машина не потеряет устойчивости при атаке на звуковой барьер. И надежды Нобла оправдались.

Место для проведения этих испытаний было выбрано дно высохшего озера в штате Невада. Это была идеальная ровная поверхность.

Гоночная машина была доставлена в Неваду на российском транспортном самолете.

Когда звуковой барьер был преодолен, произошел раскатистый удар, и он был слышен в городке в 20 км от места заезда, что даже в домах задрожали стены. Этот автомобиль разгонялся от нуля до скорости 1000 км/ч за 16 секунд, до рекордной скорости 1228 км/ч за 30 секунд, а 1 км он проезжал за 3 секунды. На скорости 900 км, рассказывает пилот Энди Грин, машина становилась не управляемой, и стоял жуткий вой воздушных волн, земля проскакивала под ногами с бешеной скоростью, это было самое прекрасное приключение в его жизни.

4. Новые рекорды в будущем

Сейчас лучший пилот британских ВВС и обладатель мирового рекорда скорости на сверхзвуковом наземном транспорте Энди Грин готовится в очередной раз поразить человеческое воображение и разогнаться по суше до скоростной отметки 1000 миль (или 1600км) в час на болиде Bloodhound SSC. Свое имя "Bloodhound" он получил в честь ракеты ПВО Bristol Bloodhound 2, состоявшей на вооружении Великобритании в 1960-1991 годах.

Всего на болиде Bloodhound SSC будет установлено три двигателя. На начальном этапе разгона, до отметки 550 километров в час ускорение будет создаваться гибридным ракетным двигателем Eurojet EJ200, использующимся на европейских истребителях последнего поколения.

Затем вступит в действие гибридный двигател...