Sådan bygger man verdens hurtigste bil
Britiske forskere arbejder indædt på at designe en supersonisk bil, Bloodhound SSC, som skal bryde hastighedsrekorden på land.

De tre største udfordringer er at gøre bilen strømlinet, kraftfuld og stærk nok. (Foto: Stefan Marjoram)

De tre største udfordringer er at gøre bilen strømlinet, kraftfuld og stærk nok. (Foto: Stefan Marjoram)
Partner The Conversation

Videnskab.dk oversætter artikler fra The Conversation, hvor forskere fra hele verden selv skriver nyheder og bringer holdninger til torvs

 

I 2016 rejser et team af ingeniører og eventyrere til Sydafrika i et forsøg på at blive de første mennesker, der kører 1.000 mph (1.609 kilometer i timen, red.).

Bloodhound SSC er fremstillet i Storbritannien og er designet til at slå den nuværende fartrekord på land på 1.228 kilometer i timen og dermed blive verdens hurtigste bil.

Utroligt nok er det ikke engang hovedformålet med projektet.

Forsknings- og udviklingsprogram i verdensklasse

Storbritannien har haft fartrekorden på land siden 1983 - senest i 1997 med Thrust SSC og Andy Green ved rattet - og briterne har ikke tænkt sig at slippe den foreløbig.

Da Andy i fællesskab med den forrige rekordindehaver Richard Boble og den daværende forskningsminister Lord Grayson lancerede Bloodhound i 2008, var det primære mål at inspirere den næste generation til at bruge deres talenter inden for videnskabens, teknologiens, ingeniørarbejdets og matematikkens verden.

Det andet mål var selvfølgelig at udfordre ingeniørerne til at genneføre et forsknings- og udviklingsprogram i verdensklasse.

Aerodynamik og de tre største udfordringer

Men hvor starter man med at designe og bygge en bil, der er flere hundrede kilometer i timen hurtigere end noget andet, vi tidligere har set?

De tre største udfordringer er at sørge for, at bilen er strømlinet, kraftfuld og stærk nok.

Enhver, som har prøvet at få en drage til at svæve, har opdaget, at luften er fuld af kræfter. Det er fint, så længe man arbejder med luftstrømmen, men med Bloodhound arbejder vi i den grad i mod den. Faktisk forsøger vi at skubbe imod den, hurtigere end lydens hastighed.

Når en genstand bevæger sig gennem den atmosfæriske luft, skabes der luftmodstand. Jo større genstandens frontale areal er, jo større bliver luftmodstanden.

Motoren er raket- og jetdreven

Thrust SSC var udstyret med to jetmotorer, som dannede fremdrift. I princippet er jetmotoren et rør, hvor luft kontinuerligt indsuges, komprimeres, opvarmes ved afbrænding af brændstof og udstødes med stærkt forøget hastighed.

Et jetmotor har et stort areal frontalt, så motoren kan suge luften ind. Men en analyse afslørede, at dette design aldrig ville kunne nå op på 1.600 kilometer i timen.

Video: Introducing the 1,000mph BLOODHOUND Supersonic Car

Det frontale areal ville skabe så meget luftmodstand, at der med den nuværende teknologi ikke ville blive produceret nok fremdrift.

Vi blev i stedet nødt til at designe en bil med at mindre frontalt areal og med en raketmotor som fremdrift.

Simulerede mere end 150 design

Vi kontrollerede aerodynamikken på University of Swansea gennem et system kaldet 'computational fluid dynamics' (CFD).

Det gjorde vores team i stand til at se, hvordan bilen reagerede på luftstrømmene over karrosseriet ved subsonisk hastighed (der er lavere end lydens i det pågældende medium), transonisk hastighed (tæt på lydens hastighed) og supersonisk hastighed (hurtigere end lydens hastighed).

Vi simulerede mere end 150 design for at sikre os, at vi havde en stabil og pålidelig vogn ved alle hastigheder.

Fremdriften - den tredje udvej

Fordi vi havde behov for at gøre det frontale areal så lille som muligt, kunne vi ikke benytte to jetmotorer. Løsningen var at kombinere en enkelt jetmotor og en raketmotor.

En raketmotor producerer en utrolig fremdrift ved enten afbrænding af en blanding af flydende brændstoffer og flydende oxygen eller ved at antænde en eksplosiv blanding af fast brændstof og et oxidationsmiddel.

Problemet med begge modeller er kemikalierne. Den flydende ilt skal holdes ekstremt kold ved minus 182 grader, ellers fordamper den. Man kan ikke stoppe en raketmotor drevet af fast brændstof, før al brændstoffet er afbrændt.

Vi havde brug for at finde en helt tredje udvej.

1.000 liter peroxid på 20 sekunder

Vi valgte en hybridraket, som anvender gummi som fast brændstof og peroxid - som man også bruger til at afblege hår - som oxidationsmiddel. Fordelen ved hybridraketter er, at de kan regulere trykkraften, modsat faststofraketter, og er simplere end raketter med flydende brændstof.

Men vi stod over for endnu et problem: Hvordan får vi oxidationsmidlet ind i raketten?

For at drive den specielt udviklede forbrænding med en kombination af flydende og fast brændstof, har bilen en kompressorladet V8-benzinmotor fra Jaguar, der yder 550 hk. Brændstofpumpen kan levere 1.000 liter peroxid til hybridraketten på 20 sekunder.

Den øvre del af chassiset er i titanium, og den centrale struktur er fremstillet i kulfiber, som sikrer en let, men meget stærk struktur.
Brændstofpumpen er fremstillet af Custom 465 - et materiale, der ikke reagerer på kemikalier, og som er stærkt nok til at sikre, at pumpen fungerer.
(Foto: Stefan Majoram)

Det skulle gerne være nok til at nå op på 1.600 kilometer i timen.

 

Hvert gram har en effektiv masse på 50 kg

At sikre at bilen i det hele taget kunne holde til det store pres var endnu en udfordring. For eksempel drejer ydersiden af hjulene så hurtigt, at de producerer en kraft, der er 50.000 gange større end Jordens tyngdekraft.

Det betyder, at hvert eneste gram materiale har en effektiv masse på 50 kg. Den aksel, der driver brændstofpumpen, skal kunne modstå en betydelig vridningskraft, samtidig med at den skal overføre en væske, der ville ætse de fleste materialer.

 

Titanium, kulfiber og Custom 465

For at overvinde udfordringerne blev hjulene formet ud af ét enkelt stykke aluminium. Dermed er alle metalkornene afrettede, og risikoen for fejl og brud reduceret.

Den øvre del af chassiset er i titanium, og den centrale struktur er fremstillet i kulfiber, som sikrer en let, men meget stærk struktur.

Brændstofpumpen er fremstillet af Custom 465 - et materiale, der ikke reagerer på kemikalier, og som er stærkt nok til at sikre, at pumpen fungerer.

 

Hver komponent blev grundigt testet

Vi testede hver komponent grundigt for at reproducere de kræfter, de vil blive udsat for under forsøget på at slå verdensrekorden.

Det hele illustrerer, hvor meget erfaring og viden der skal til for at bygge og designe en bil som Bloodhound.

Fra kemikerne, som udvikler materialerne, til ingeniørerne, der udtænker, hvordan komponenterne sammenføres til en maskine - forsøget på at sætte en ny hastighedsrekord på land involverer mange personer ud over føreren.

Og når bilen i 2016 prøver at slå rekorden, vil det føles, som om vi alle sidder i cockpittet med ham.

Phil Spiers modtager støtte fra Innovate UK og er medlem af Royal Aeronautical Society. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation.The Conversation

Oversat af Stephanie Lammers-Clark

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.