Comment fonctionne le North American Eagle

La plupart des gens sont parfaitement heureux de conduire leur voiture sur l'autoroute à une vitesse respectable de 65 mph. D'autres recherchent plus de vitesse et y parviennent en ajoutant des moteurs plus gros, des suralimentateurs et d'autres muscles automobiles. Et d'autres encore - ces rares amateurs de sensations fortes connus sous le nom de speed freaks ne veulent qu'une chose et une seule: la voiture la plus rapide de la planète et la désignation «World Speed ​​King». Depuis 1997, cette désignation appartient à la British Thrust SSC, qui est devenue la première voiture à franchir le mur du son lorsque le conducteur Andy Green a amené le véhicule à réaction à une vitesse de 763 mph.

Mais une équipe nord-américaine est en passe de changer tout cela. Dirigée par Ed Shadle et Keith Zanghi, l'équipe espère guider son entrée - la Aigle nord-américain -- dans le livre des records en battant le record du monde de vitesse sur terre et en ramenant le titre de voiture la plus rapide du monde sur le continent nord-américain. Dans cet article, nous examinerons le fonctionnement du North American Eagle, ainsi que les étapes à suivre pour qu'une voiture établisse un record officiel de vitesse au sol..

© Copyright 1996 - 2007 E&D Services, North American Eagle, Inc. Tous droits réservés. Ed Shadle

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L'Aigle nord-américain est une voiture, mais seulement dans un sens strictement académique. Il a des roues, un moteur, des instruments et une place pour le conducteur. C'est là que les comparaisons s'arrêtent, cependant.

Il est plus proche de la vérité d'appeler le North American Eagle un avion à réaction sur roues. En fait, le châssis de la voiture est basé sur le fuselage d'un avion connu sous le nom de F-104 Starfighter. Introduit par Lockheed Corporation en 1954, le Starfighter était le premier avion à réaction militaire opérationnel capable d'un vol soutenu à Mach 2, soit deux fois la vitesse du son. Il a été progressivement abandonné en 1967 au profit d'avions plus récents, mais même aujourd'hui, le jet élégant et profilé semble avoir été construit pour la vitesse. Shadle et Zanghi étaient clairement intéressés par les qualités aérodynamiques du Starfighter lorsqu'ils ont acheté l'avion désarmé d'un concessionnaire d'avions excédentaires du Maine pour 25 000 $. Pour le transformer en voiture, l'équipe North American Eagle a couvert le racines des ailes (les ailes avaient déjà été enlevées) et ajouté un système de suspension. L'équipe a également apporté des modifications à un puissant turboréacteur, le même type qui a propulsé l'avion de combat à plus de deux fois la vitesse du son dans l'air avec des ailes, que la voiture utilise comme source d'énergie.

Comme vous pouvez l'imaginer, le North American Eagle n'est pas un véhicule que quelqu'un conduirait dans la rue. Au lieu de cela, il appartient à un groupe de voitures connues sous le nom de coureurs de vitesse terrestre. En compétition officielle, les coureurs de vitesse terrestre doivent adhérer à des règles et règlements stricts établis par le Fédération internationale de l'automobile (FIA), le principal organe directeur de la plupart des types de courses automobiles. La FIA reconnaît plusieurs catégories de coureurs de vitesse terrestre, en fonction de leur conception globale et de leur source de puissance, et reconnaît les détenteurs de records dans chacune. Le North American Eagle participe à la catégorie Construction spéciale, qui comprend elle-même trois catégories: Streamliners illimités, Lakesters et Illimité.

La catégorie Illimité a été développée spécifiquement pour les véhicules qui reposent sur propulsion par jet ou par fusée pour augmenter la vitesse. La propulsion par jet se produit lorsque le carburant est brûlé en présence d'oxygène de l'atmosphère, créant un flux de gaz en expansion qui, lorsqu'ils sont expulsés par une buse, génèrent une poussée. La propulsion des fusées est basée sur des principes similaires, sauf que l'oxygène est transporté avec le carburant. Le North American Eagle, bien entendu, est un véhicule à réaction qui tire parti d'un turboréacteur General Electric LM-1500. Nous parlerons plus en détail du moteur dans la section suivante, mais sachez que la LM-1500 peut produire, dans sa forme entièrement améliorée, 52000 chevaux - près de 375 fois plus de puissance que la Honda Civic moyenne..

Bien que tout soit permis en matière de poussée, Unlimiteds doit répondre à d'autres exigences de conception strictes. Par exemple, ils ne peuvent utiliser aucune surface ailée pour contrôler le véhicule et doivent avoir au moins quatre roues. Les véhicules à trois roues ne sont pas du tout considérés comme des voitures et doivent concourir en tant que motos.

Les illimités ont constamment repoussé les limites de la vitesse terrestre depuis que la FIA a créé la classe en 1964. Des voitures telles que la Green Monster, Spirit of America, Thrust II et Thrust SSC ont parcouru les records, dépassant le cap des 500 mph, le cap des 600 mph. , le jalon de 700 mph et, enfin, le mur du son, qui est de 760 mph à une température de 15 ° C et une pression au niveau de la mer. Le but du North American Eagle est de battre le record actuel de vitesse sur terre de 763 mi / h en moyenne - et de devenir la voiture la plus rapide à parcourir la surface de la terre..

Bien que la North American Eagle ne ressemble à aucune voiture que vous verrez sur l'autoroute, elle possède bon nombre des principaux systèmes automobiles que vous trouverez sur un véhicule de série. Décomposons l'aigle et voyons ce qui le fait bouger si vite.

Châssis
Le châssis North American Eagle, qui conserve toutes les dimensions de base du fuselage du Starfighter, mesure 56 pieds de long, sept pieds de large au nez et neuf pieds de large à la queue. Comme vous pouvez l'imaginer, transporter un véhicule aussi gros pose un défi de taille. Pour le déplacer d'un site à l'autre, l'équipe utilise un tracteur diesel Volvo tirant une semi-remorque pleine grandeur.

Suspension
En tant qu'avion, le Starfighter n'avait pas besoin d'un système de suspension pour aider à absorber les chocs et les bosses résultant de la conduite sur une surface rugueuse. En tant que voiture, le North American Eagle doit être capable de surmonter les imperfections de la route sans perdre de vitesse ni compromettre la stabilité du véhicule. La voiture ne fonctionnera que sur un lit de lac de boue sèche complètement exempt d'imperfections sur toute la distance de course; pas de routes. C'est pourquoi le désert de Black Rock est un bon endroit pour les tentatives de record. L'équipe a résolu le problème en utilisant un système d'amortisseur à gaz pour suspendre l'avant de la voiture. La suspension arrière est basée sur un cadre rectangulaire, construit en tube d'acier rectangulaire disposé en delta, ou triangulaire, configuration vers l'arrière. Ce cadre est en acier doux (ou à faible teneur en carbone), qui est bon marché, solide et facile à mettre en forme.

Moteur
Le turboréacteur qui propulse le North American Eagle est typique de la plupart des avions commerciaux et militaires. Si vous lisez Comment fonctionnent les moteurs à turbine à gaz, vous verrez que ces moteurs se composent de turbines, d'une chambre de combustion, d'injecteurs de carburant et d'un compresseur. Le compresseur aspire de l'air dans la chambre de combustion, où l'oxygène est utilisé pour brûler le carburant. Lorsque le carburant brûle, les gaz d'échappement sont dirigés vers les turbines. Un ensemble de turbines entraîne directement le compresseur via un arbre. Les autres turbines tournent librement et créent un flux d'air à grande vitesse qui est dirigé à travers une buse. Ce flux d'air à grande vitesse génère une poussée basée sur la troisième loi du mouvement de Newton (pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée).

Le moteur LM-1500 de l'Eagle est la version civile du moteur J-79-15 utilisé dans les avions militaires tels que le F-4 Phantom. Il mesure trois pieds de diamètre et pèse 3840 livres. Le compresseur est relié par un arbre unique aux turbines et comporte 17 étages pour alimenter en air super-riche en oxygène le carburant pompé par les injecteurs. Les buses de carburant et les cartouches de combustion sont revêtues de céramique, ce qui aide à réduire la chaleur et produit 13% de puissance en plus.

Au ralenti, le moteur consomme 18 gallons de carburéacteur par minute. L'équipe a deux modèles différents du LM-1500; l'un produit un total de 42 500 chevaux pour les essais à basse vitesse, et un second a des revêtements en céramique sur les aubes de la turbine et les cartouches de combustion, qui produiront jusqu'à 52 000 chevaux pour des courses record à grande vitesse.

roues
Le North American Eagle repose sur cinq roues - une à l'avant pour diriger, deux côte à côte sur un essieu central décalé et deux à l'arrière. Pour les courses à basse vitesse (moins de 350 mph), les roues sont équipées de pneus en caoutchouc. Pour les courses à grande vitesse (jusqu'à 800 mi / h), les roues standard de l'avion sont retirées et remplacées par des roues en aluminium massif avec une bande en titane sur la surface de roulement extérieure de la roue pour une plus grande résistance et une meilleure rétention des contraintes, usinées spécifiquement pour une utilisation sur le Aigle. Aucun pneu n'est utilisé dans la configuration haute vitesse.

Systèmes de freinage
Ralentir un véhicule de supersonique les vitesses nécessitent une approche par étapes utilisant de multiples technologies. En supposant que l'Eagle roule à sa vitesse cible de 800 mi / h, voici comment fonctionne le freinage:

• Le conducteur recule sur l'accélérateur. Ce faisant, il déploie des portes de speed-brake situées de chaque côté du fuselage, juste en avant de la section arrière. Actionnés hydrauliquement, ces freins de vitesse faisaient partie de la conception originale de l'avion et fonctionnent de la même manière en créant une traînée pour ralentir le véhicule. Avec les freins de vitesse déployés, la voiture entame une décélération progressive.
  
• À environ 650 mi / h, un parachute stabilisateur est déployé pour aider les freins de vitesse. Un parachute de drogue est plus allongé et beaucoup plus mince qu'un parachute conventionnel, ce qui signifie qu'il crée moins de traînée et est moins susceptible de se déchirer. Une goulotte principale beaucoup plus grande suit la drogue à environ 500 mph, créant encore plus de traînée. Cela ralentit la voiture à environ 125 mph.
• À 500 mi / h, le conducteur peut activer les freins magnétiques sur les roues arrière pour éliminer l'énergie cinétique accumulée dans les énormes roues de 300 livres, qui ont tendance à ralentir plus lentement que la voiture ne décélérera. Ce sont des composants à la pointe de la technologie faits d'aimants en terres rares (néodyme fer bore ou NdFeB) montés dans des supports en acier inoxydable sur l'essieu arrière près de chaque roue. Les supports se déplacent à proximité, mais ne se touchent pas, un rotor en aluminium monté à l'intérieur du moyeu de la roue. La résistance magnétique qui en résulte ralentit la voiture à 100 mph.
  
• Enfin, lorsque la voiture roule à moins de 100 mph, un coussinet de freinage "Flintstone" (actuellement en développement) juste à côté du cockpit, s'activera hydrauliquement pour glisser le long du sol à des vitesses inférieures à 100 mph.

Cockpit
Le cockpit du North American Eagle abrite un seul conducteur qui est attaché en place par une ceinture de sécurité extra-large avec une fixation à cinq points. Au lieu d'un volant, le conducteur trouvera le manche de vol d'origine du Starfighter. Un système hydraulique communique l'entrée du cockpit aux roues avant, permettant au conducteur de diriger la voiture à droite ou à gauche. Un tableau de bord très basique, qui comprend des jauges de température, des jauges de pression de carburant et d'huile, un indicateur de vitesse de l'air et un compteur de Mach, est visible juste au-delà du manche de vol. Et une radio permet au conducteur de communiquer avec les membres de l'équipe au sol et d'autres membres du personnel de soutien qui aident à surveiller l'état de la piste et d'autres variables qui pourraient affecter le résultat de la course.

L'un des plus grands défis auxquels le North American Eagle est confronté est de surmonter les problèmes liés aux déplacements à des vitesses supersoniques. À de telles vitesses (c'est-à-dire supérieures à la vitesse du son), la voiture produira ondes de choc qui peuvent affecter la stabilité du véhicule et produire une flèche sonique. Jetons un coup d'œil à la formation de ces ondes de choc et à la façon dont le North American Eagle les compensera.

Lorsqu'un objet se déplace dans l'air, il pousse les molécules d'air hors du chemin, créant des vagues d'air comprimé et non comprimé. Ces ondes de pression d'air s'éloignent de l'objet dans toutes les directions à la vitesse du son. Tant que l'objet se déplace plus lentement que la vitesse du son, il ne rattrapera pas les ondes de pression. Mais si l'objet se déplace à la vitesse du son ou plus vite, il rattrape les ondes de pression et commence à les pousser, empilant les ondes au fur et à mesure qu'elles sont créées. Ces ondes empilées sont appelées ondes de choc.

Lorsque les ondes de choc atteignent le sol, elles peuvent être détectées comme un boom sonore. L'intensité de la flèche sonique est déterminée par plusieurs facteurs: la distance entre l'objet et le sol, la taille et la forme de l'objet et les conditions atmosphériques, y compris la pression atmosphérique, la température et les vents. Les booms soniques ont été bien étudiés dans les avions, mais moins dans les véhicules voyageant à quelques centimètres au-dessus du sol.

Un problème avec les voitures de vitesse terrestre est que les ondes de choc qui s'accumulent au nez peuvent créer une force ascendante qui soulève la voiture du sol. L'équipe North American Eagle a installé les canards -- petites saillies en forme d'aile - pour une stabilité et un contrôle supplémentaires. Si vous avez déjà mis la main par la fenêtre d'une voiture roulant à 100 km / h, vous avez une idée du fonctionnement des canards. Leur angle dans le flux d'air peut créer un force ascendante ou un force descendante. Dans le cas du North American Eagle, le système sera contrôlé indépendamment du conducteur par un ordinateur. Il surveillera un capteur de charge sur l'essieu avant. Le programme de test du projet vérifiera que le logiciel sur l'ordinateur ajustera correctement les canards légèrement vers le bas pour appliquer juste assez, mais pas trop, une force vers le bas pour empêcher la roue avant de quitter le sol et empêcher une assiette à cabrer..

Viser le record
Bien sûr, avoir une voiture qui se déplacera plus vite que la vitesse du son n'est qu'une partie du problème. Vous devez également trouver un endroit pour courir en toute sécurité - et faire mesurer officiellement vos résultats et les reconnaître comme un véritable record du monde de vitesse sur terre. En Amérique du Nord, il n'y a que quelques endroits propices à la course de vitesse terrestre. C'est parce que les coureurs de vitesse terrestre ont besoin d'une longue piste (jusqu'à 15 miles ou plus!) De terrain plat et extrêmement ouvert. Daytona Beach a été utilisé jusqu'en 1935. Ensuite, les coureurs se sont tournés vers les Bonneville Salt Flats, une étendue de salines stériles couvrant environ 100 miles carrés dans le nord-ouest de l'Utah. Bonneville a été le site nord-américain préféré pour les courses de vitesse terrestre jusqu'en 1983. Cependant, la poussée du moteur à réaction fait que les roues métalliques se mettent en queue de poisson sur le sel dur lors de l'accélération. En outre, la distance qui existe actuellement n'est que de sept miles au total en raison de l'extraction du sel au cours des dernières décennies, ce qui rend la piste beaucoup trop courte pour être utilisée. Pour ces raisons, Black Rock Desert au Nevada a été utilisé depuis. Black Rock Desert offre plus d'espace ouvert et, comme il s'agissait autrefois du fond d'un lac au lieu d'un océan d'eau salée, il cause moins de corrosion aux voitures..

Pour aller chercher le record, l'équipe nord-américaine devra transporter la voiture au Nevada et inviter des officiels de la FIA. Ensuite, au cours de plusieurs semaines, l'équipe préparera le véhicule et effectuera une course pour le record. Une course officielle se compose de deux essais, chacun dans des directions opposées et en moyenne. La deuxième manche doit entrer dans la zone chronométrée dans les 60 minutes après avoir quitté la zone de miles chronométrés de la première manche pour se qualifier selon les règles existantes..

Le temps de chaque essai est mesuré le long d'un tronçon d'un mile appelé le mile mesuré. Le temps officiel est la moyenne des deux temps d'essai. Par exemple, voici comment l'équipe Thrust SSC l'a fait en 1997 lorsqu'elle a établi le record du monde de vitesse sur terre:

• Premier essai: 759 mph
• Deuxième essai: 766 mph
• Moyenne: 763 mph
• Vitesse du son ce jour-là, à cet endroit: 748 mph
• Vitesse de Mach: 1.02

Pour battre le record établi par l'équipe Thrust SSC, le North American Eagle doit être au moins un pour cent plus rapide - soit environ 770 mph (Mach 1,03). Jusqu'à présent, le North American Eagle a atteint une vitesse de pointe de seulement 312 mi / h, enregistrée en mars 2005, mais c'était sur des pneus d'avion à basse vitesse évalués à 350 mi / h. Avec des roues en aluminium et des postcombustibles, l'équipe s'attend à ce que la voiture puisse atteindre 800 mph.

La course à la course
La course officielle de North American Eagle pour le record du monde de vitesse sur terre devra attendre pendant que l'équipe amasse plus d'argent et finit de peaufiner la conception de la voiture. En attendant, une ou deux autres équipes travaillent sur des voitures qui pourraient contester le record. L'un de ces concurrents est Steve Fossett; le millionnaire record qui a récemment acheté Spirit of America de Craig Breedlove et modifie le véhicule pour une tentative de record d'octobre 2007. Lors d'une conférence de presse en 2006, Fossett a déclaré aux journalistes qu'il pensait que son Spirit of America modifié pouvait atteindre des vitesses de 800 mph..

Le North American Eagle, bien sûr, espère être le premier - et plus rapide. Cela prouve qu'en course de vitesse terrestre, la course vers la ligne de départ est tout aussi cruciale que la course vers l'arrivée..

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Plus de liens intéressants

• Aigle nord-américain
• Landracing.com
• PBS
• Poussée SSC
• Salon des essais aérospatiaux

Sources

• «Bonneville Salt Flats», Encyclopédie Britannica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
• "Le duo britannique établit le premier record supersonique de vitesse terrestre." CNN interactif,
  15 octobre 1997.
  http://www.cnn.com/TECH/9710/15/brits.land.speed/.
• "Jay Leno's Garage: Desk Jockey to Jet Jockey", par Jay Leno, Popular Mechanics,
  Novembre 2006.
  http://www.popularmechanics.com/automotive/jay_leno_garage/4199623.html.
• Landracing.com
  http://www.landracing.com
• Site Web de North American Eagle
  http://www.landspeed.com
• «North American Eagle se prépare à battre le record du monde de vitesse sur terre»,
  par HSPN News. HSPN Global News, 25 octobre 2006.
  http://news.hspn.com/articles/887/1/North-American-EagleTM-Prepares-to-Break-
  Record du monde de vitesse terrestre / Page1.html.
• «Sonic boom», Encyclopedia Britannica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
• "Vol supersonique", Encyclopédie Britannica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
• La Fédération Internationale de l'Automobile (FIA)
  http://www.fia.com
• "Le besoin de vitesse." HSW Express Magazine, janvier 2007.
• «Le besoin de vitesse», par Dean Kuipers. Wired Magazine, octobre 1997.
  http://www.wired.com/wired/archive/5.10/es_speed.html.
• "Une équipe basée à Washington pour prendre le record de vitesse terrestre", par Associated Press.
  Space.com, 19 juin 2003
  http://www.space.com/businesstechnology/technology/land_speed_030619.html.