Pedeorelha | Como funciona o North American Eagle

Vova Krasen
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Rei da velocidade mundial. Veja mais fotos de carros exóticos.

A maioria das pessoas fica perfeitamente feliz dirigindo seus carros pela interestadual a uma velocidade respeitável de 105 km / h. Outros anseiam por mais velocidade e conseguem isso adicionando motores maiores, compressores e outros músculos automotivos. E ainda outros - aqueles raros caçadores de emoções conhecidos como fanáticos por velocidade querem uma coisa e apenas uma coisa: o carro mais rápido do planeta e a designação de "Rei da velocidade mundial." Desde 1997, essa designação pertence ao British Thrust SSC, que se tornou o primeiro carro a quebrar a barreira do som quando o motorista Andy Green levou o veículo a jato a uma velocidade de 763 mph.

Mas uma equipe norte-americana está a caminho de mudar tudo isso. Liderada por Ed Shadle e Keith Zanghi, a equipe espera orientar sua entrada - o Águia norte-americana -- para o livro dos recordes, quebrando o recorde mundial de velocidade terrestre e trazendo o título de carro mais rápido do mundo de volta ao continente norte-americano. Neste artigo, examinaremos como o North American Eagle funciona, bem como as etapas que devem ocorrer para qualquer carro estabelecer um recorde oficial de velocidade terrestre.

Uma equipe de voluntários O projeto North American Eagle é um verdadeiro trabalho de amor. A equipe que Shadle e Zanghi montaram consiste estritamente de voluntários que doam noites, fins de semana e feriados. A maioria traz um alto nível de especialização para um dos sistemas essenciais do carro. A equipe North American Eagle inclui um especialista em ejeção que trabalhou em missões espaciais da NASA, um mecânico de motores a jato, um técnico de informática, um ex-mecânico de B-52, um especialista em carroceria e um engenheiro.

Foto cortesia da NASA
F-104 Starfighter em vôo.

O North American Eagle é um carro, mas apenas no sentido estritamente acadêmico. Possui rodas, motor, instrumentação e local para o motorista sentar. É aí que terminam as comparações, no entanto.

É mais próximo da verdade chamar o North American Eagle de jato sobre rodas. Na verdade, o chassi do carro é baseado na fuselagem de um avião conhecido como F-104 Starfighter. Introduzido pela Lockheed Corporation em 1954, o Starfighter foi o primeiro jato militar operacional capaz de voar em Mach 2, ou duas vezes a velocidade do som. Ele foi descontinuado em 1967 em favor de aviões mais novos, mas ainda hoje o jato elegante e aerodinâmico parece ter sido construído para velocidade. Shadle e Zanghi estavam claramente interessados nas qualidades aerodinâmicas do Starfighter quando compraram o avião desativado de um revendedor de aeronaves excedente no Maine por US $ 25.000. Para convertê-lo em um carro, a equipe North American Eagle cobriu o raízes de asas (as asas já haviam sido removidas) e adicionado um sistema de suspensão. A equipe também fez modificações em um poderoso motor turbojato, o mesmo tipo que impulsionou o caça a jato a mais do dobro da velocidade do som no ar com asas, que o carro usa como fonte de energia.

Como você pode imaginar, o North American Eagle não é um veículo que alguém dirige nas ruas. Em vez disso, ele pertence a um grupo de carros conhecidos como pilotos de velocidade terrestre. Na competição oficial, os pilotos de velocidade terrestre devem aderir a regras e regulamentos estritos estabelecidos pelo Federation Internationale de L'Automobile (FIA), o principal órgão regulador da maioria dos tipos de corrida de automóveis. A FIA reconhece várias classes de pilotos de velocidade terrestre, com base em seu design geral e fonte de energia, e reconhece os recordistas em cada uma. O North American Eagle concorre na categoria Construção Especial, que por sua vez inclui três categorias: Streamliners ilimitados, Lakesters e Ilimitadas.

Foto cedida pela Força Aérea dos EUA / fotógrafa Sue Sapp
Um motor turbofan sendo testado na Robins Air Force Base, Geórgia, EUA.

A categoria Unlimited foi desenvolvida especificamente para veículos que dependem de propulsão a jato ou foguete para aumentar a velocidade. A propulsão a jato ocorre quando o combustível é queimado na presença de oxigênio da atmosfera, criando uma corrente de gases em expansão que, quando expelidos por um bico, gera empuxo. A propulsão do foguete é baseada em princípios semelhantes, exceto que o oxigênio é transportado junto com o combustível. O North American Eagle, é claro, é um veículo a jato que tira proveito de um motor turbojato General Electric LM-1500. Falaremos mais sobre o motor na próxima seção, mas você deve saber que o LM-1500 pode produzir, em sua forma totalmente aprimorada, 52.000 cavalos de potência - quase 375 vezes mais potência do que o Honda Civic médio.

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O Espírito da América no Museu de Ciência e Indústria de Chicago em Chicago, Illinois.

Embora valha a pena quando se trata de empuxo, os Unlimiteds devem atender a outros requisitos de design rigorosos. Por exemplo, eles não podem usar nenhuma superfície alada para controlar o veículo e devem ter no mínimo quatro rodas. Veículos com três rodas não são considerados carros e devem competir como motocicletas.

Unlimiteds têm estendido consistentemente os limites de velocidade terrestre desde que a FIA estabeleceu a classe em 1964. Carros como o Green Monster, Spirit of America, Thrust II e Thrust SSC correram através dos livros de recorde, ultrapassando a marca de 500 mph, o marco de 600 mph , o marco de 700 mph e, finalmente, o barreira do som, que é 760 mph a uma temperatura de 15ºC e pressão ao nível do mar. O objetivo do North American Eagle é bater o recorde atual de velocidade terrestre de 763 mph de velocidade média - e se tornar o carro mais rápido a correr pela superfície da Terra.

Embora o North American Eagle seja diferente de qualquer carro que você verá na interestadual, ele tem muitos dos principais sistemas automotivos que você encontraria em um veículo de produção. Vamos quebrar o Eagle e ver o que o faz se mover tão rápido.

Chassis
O chassi do North American Eagle, que mantém todas as dimensões básicas da fuselagem Starfighter, tem 56 pés de comprimento, 2,10 metros de largura no nariz e 2,7 metros de largura na cauda. Como você pode imaginar, transportar um veículo tão grande representa um grande desafio. Para movê-lo de um local para outro, a equipe usa um trator Volvo a diesel puxando um semirreboque de tamanho normal.

Suspensão
Como avião, o Starfighter não exigia um sistema de suspensão para ajudar a absorver os choques e solavancos que vêm ao dirigir sobre uma superfície áspera. Como um carro, o North American Eagle deve ser capaz de navegar por imperfeições na estrada sem perder velocidade ou comprometer a estabilidade do veículo. O carro só funcionará em um leito de lago de lama seca completamente livre de imperfeições durante toda a distância percorrida; sem estradas. É por isso que o deserto do Black Rock é um bom local para tentativas de recorde. A equipe resolveu o problema usando um sistema de choque a gás para suspender a frente do carro. A suspensão traseira é baseada em uma estrutura retangular, construída com tubos de aço retangulares dispostos em uma configuração delta ou triangular na parte traseira. Esta estrutura é feita de aço macio (ou de baixo carbono), que é barato, forte e facilmente moldado.

Foto cortesia do Airplane Flying Handbook
Os componentes básicos de um motor de turbina a gás.

Motor
O motor turbojato que move o North American Eagle é típico da maioria das aeronaves comerciais e militares. Se você ler Como funcionam os motores de turbina a gás, verá que esses motores consistem em turbinas, uma câmara de combustão, injetores de combustível e um compressor. O compressor suga o ar para a câmara de combustão, onde o oxigênio é usado para queimar o combustível. Conforme o combustível queima, os gases de exaustão são direcionados para as turbinas. Um conjunto de turbinas aciona diretamente o compressor por meio de um eixo. As outras turbinas giram livremente e criam um fluxo de ar de alta velocidade que é direcionado através de um bico. Este fluxo de ar de alta velocidade gera impulso com base na terceira lei do movimento de Newton (para cada ação, há uma reação igual e oposta).

Os resultados da frenagem ruim
As corridas de velocidade terrestre não são para os fracos. Em 1964, enquanto fazia sua segunda corrida para o recorde de outubro no Spirit of America, Craig Breedlove teve um acidente quase fatal quando os paraquedas do carro foram arrancados de seus cabos de elevação. Sem a resistência extra das rampas, Breedlove não conseguia parar o carro com os freios a disco, que queimaram. O carro acabou parando em um lago de água salgada e Breedlove saiu ileso. Menos de um mês depois, Breedlove voltou para Bonneville Salt Flats e se tornou a primeira pessoa a dirigir um carro a mais de 800 km / h.

O motor LM-1500 do Eagle é a versão civil do motor J-79-15 usado em aeronaves militares como o F-4 Phantom. Ele mede um metro de diâmetro e pesa 3.840 libras. O compressor é conectado por um único eixo às turbinas e tem 17 estágios para alimentar ar super rico em oxigênio ao combustível bombeado pelos injetores. Os bocais de combustível e os recipientes de queima são revestidos de cerâmica, o que ajuda a reduzir o calor e produz 13 por cento mais energia.

Em marcha lenta, o motor consome 18 galões de combustível de jato por minuto. A equipe tem dois modelos diferentes do LM-1500; um produz um total de 42.500 cavalos para teste de baixa velocidade e um segundo tem revestimentos cerâmicos nas lâminas da turbina e recipientes de queima, que irão produzir até 52.000 cavalos de potência para corridas recordes de alta velocidade.

Rodas
O North American Eagle anda sobre cinco rodas - uma na frente para dirigir, duas lado a lado em um eixo de chassi intermediário e duas na traseira. Para corridas em baixa velocidade (abaixo de 350 mph), as rodas vêm equipadas com pneus de borracha. Para corridas de alta velocidade (até 800 mph), as rodas da aeronave padrão são removidas e substituídas por rodas de alumínio maciço com uma faixa de titânio na superfície de rolamento externa da roda para maior resistência e retenção de tensão, usinadas especificamente para uso no Águia. Nenhum pneu é usado na configuração de alta velocidade.

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O pára-quedas dispara para desacelerar a Eagle em seu caminho para parar.

Sistemas de Frenagem
Diminuindo a velocidade de um veículo de supersônico velocidades requer uma abordagem em fases usando várias tecnologias. Supondo que o Eagle esteja viajando em sua velocidade alvo de 800 mph, veja como funciona a frenagem:

O motorista puxa o acelerador. Ao fazer isso, ele abre portas de freio rápido localizadas em cada lado da fuselagem, logo à frente da cauda. Acionados hidraulicamente, esses freios de velocidade faziam parte do projeto original da aeronave e funcionam da mesma maneira, criando arrasto para diminuir a velocidade do veículo. Com os freios de velocidade acionados, o carro começa uma desaceleração gradual.
A cerca de 1.000 km / h, um pára-quedas drogue é acionado para auxiliar os freios de velocidade. Um pára-quedas drogue é mais alongado e muito mais fino do que um pára-quedas convencional, o que significa que cria menos arrasto e tem menos probabilidade de se rasgar. Um chute principal muito maior segue o drogue a cerca de 500 mph, criando ainda mais arrasto. Isso diminui a velocidade do carro para aproximadamente 125 mph.
A 800 km / h, o motorista pode ativar os freios magnéticos nas rodas traseiras para limpar a energia cinética acumulada nas enormes rodas de 300 libras, que tendem a girar mais devagar do que a desaceleração do carro. Esses são componentes de última geração feitos de ímãs de terras raras (neodímio, ferro, boro ou NdFeB) montados em suportes de aço inoxidável no eixo traseiro próximo a cada roda. Os suportes se movem perto, mas não tocam, um rotor de alumínio montado na parte interna do cubo da roda. A resistência magnética resultante desacelera o carro para 160 km / h.
Finalmente, com o carro viajando a menos de 160 km / h, uma almofada de freio "Flintstone" (atualmente em desenvolvimento) logo após a cabine, será ativada hidraulicamente para arrastar pelo solo a velocidades abaixo de 160 km / h.

Cockpit
A cabine do North American Eagle abriga um único motorista que é amarrado no lugar por um cinto de segurança extra largo com um anexo de cinco pontos. Em vez de um volante, o motorista encontrará o manche original do Starfighter. Um sistema hidráulico comunica a entrada da cabine para as rodas dianteiras, permitindo que o motorista vire o carro para a direita ou esquerda. Um painel de instrumentos muito básico, que inclui medidores de temperatura, medidores de pressão de óleo e combustível, indicador de velocidade do ar e medidor de Mach, é visível logo além do manche. E um rádio permite que o piloto se comunique com os membros da equipe de solo e outras equipes de apoio que ajudam a monitorar as condições da pista e outras variáveis que podem afetar o resultado da corrida.

Foto cortesia do Airplane Flying Handbook
Diagrama de ondas de choque.

Um dos maiores desafios que o North American Eagle enfrenta é superar problemas relacionados a viagens em velocidades supersônicas. Em tais velocidades (ou seja, maiores do que a velocidade do som), o carro irá produzir ondas de choque que pode afetar a estabilidade do veículo e produzir um estrondo sônico. Vamos dar uma olhada rápida em como essas ondas de choque se formam e como o North American Eagle vai compensá-las.

Conforme um objeto se move pelo ar, ele empurra as moléculas de ar para fora do caminho, criando ondas de ar comprimido e não comprimido. Essas ondas de pressão do ar se afastam do objeto em todas as direções na velocidade do som. Enquanto o objeto viajar mais devagar do que a velocidade do som, ele não alcançará as ondas de pressão. Mas se o objeto viaja na velocidade do som ou mais rápido, ele alcança as ondas de pressão e começa a empurrá-las, acumulando as ondas à medida que são criadas. Essas ondas acumuladas são chamadas de ondas de choque.

Foto cortesia do Governo dos Estados Unidos
Ilustração de onde os canards estão localizados (em azul).

Quando as ondas de choque atingem o solo, elas podem ser sentidas como um estrondo sônico. A intensidade do estrondo sônico é determinada por vários fatores: a distância entre o objeto e o solo, o tamanho e a forma do objeto e as condições atmosféricas, incluindo pressão do ar, temperatura e ventos. Os booms sônicos foram bem estudados em aviões, mas nem tanto em veículos que viajam apenas alguns centímetros acima do solo.

Um problema com os carros velozes em terra é que as ondas de choque que se acumulam no nariz podem criar uma força para cima que levanta o carro do chão. A equipe North American Eagle instalou canards -- pequenas projeções em forma de asa - para fornecer estabilidade e controle extras. Se você já colocou a mão para fora da janela de um carro viajando a 96 km / h, sabe como funcionam os canards. Seu ângulo na corrente de ar pode criar um força ascendente ou um força para baixo. No caso do North American Eagle, o sistema será controlado de forma independente do driver por um computador. Ele monitorará um sensor de carga no eixo dianteiro. O programa de teste do projeto verificará se o programa de software no computador ajustará adequadamente os canards ligeiramente para baixo para aplicar apenas o suficiente, mas não muita força para baixo para evitar que a roda dianteira saia do chão e evitar uma atitude de nariz para cima.

Foto cortesia da Comissão de Turismo de Nevada
Deserto de Black Rock

Em busca do recorde
Claro, ter um carro que viaje mais rápido do que a velocidade do som é apenas parte do problema. Você também precisa encontrar um lugar para correr com segurança - e ter seus resultados medidos oficialmente e reconhecidos como um verdadeiro recorde mundial de velocidade terrestre. Na América do Norte, existem apenas alguns lugares adequados para corridas de velocidade terrestre. Isso porque os pilotos em velocidade terrestre exigem uma pista longa (de até 15 milhas ou mais!) De terreno extremamente aberto e plano. Daytona Beach foi usada até 1935. Então os pilotos voltaram sua atenção para Bonneville Salt Flats, um trecho de planícies salinas estéreis cobrindo cerca de 100 milhas quadradas no noroeste de Utah. Bonneville foi o local preferido da América do Norte para corridas de velocidade terrestre até 1983. No entanto, o impulso do motor a jato faz com que as rodas de metal formem uma cauda de peixe no sal duro ao acelerar. Além disso, a distância que existe agora é de apenas sete milhas, devido à mineração de sal nas últimas décadas, tornando a trilha muito curta para ser usada. Por essas razões, o Black Rock Desert em Nevada tem sido usado desde então. O deserto de Black Rock oferece mais espaço aberto e, como costumava ser o fundo de um lago em vez de um oceano de água salgada, causa menos corrosão nos carros.

Para que fique claro, a equipe norte-americana terá que transportar o carro até Nevada e convidar funcionários da FIA. Então, ao longo de várias semanas, a equipe preparará o veículo e fará uma corrida para o recorde. Uma corrida oficial consiste em duas tentativas, cada uma em direções opostas e com média. A segunda corrida deve entrar na área cronometrada dentro de 60 minutos após deixar a área de milhas cronometradas da primeira corrida para se qualificar sob as regras existentes.

O tempo de cada tentativa é medido ao longo de um trecho de uma milha chamado de milha medida. O tempo oficial é a média dos dois tempos de teste. Por exemplo, aqui está como a equipe Thrust SSC fez em 1997, quando estabeleceu o recorde mundial de velocidade terrestre:

Primeira tentativa: 759 mph
Segunda tentativa: 766 mph
Média: 763 mph
Velocidade do som naquele dia, naquele local: 748 mph
Velocidade Mach: 1,02

Para quebrar o recorde estabelecido pela equipe Thrust SSC, o North American Eagle deve ser pelo menos um por cento mais rápido - ou cerca de 770 mph (Mach 1,03). Até agora, o North American Eagle atingiu a velocidade máxima de apenas 312 mph, registrada em março de 2005, mas com pneus de aeronaves de baixa velocidade avaliados em 350 mph. Com rodas de alumínio e pós-combustores entrando em ação, a equipe espera que o carro possa chegar a 800 mph.

Registros importantes de velocidade terrestre
Encontro	Rapidez	Veículo	Motorista	Localização
18 de dezembro de 1898	39,252 mph	Jeantaud	Chaselloup-Laubat	Acheres, França
21 de julho de 1904	103,561 mph	Gobron-Brillie	Louis Rigolly	Oostende, Bélgica
24 de junho de 1914	124,095 mph *	Benz # 3	L.G. Hornsted	Brooklands, Inglaterra
21 de julho de 1925	150,761 mph	Sunbeam Bluebird	Sir Malcolm Campbell	Pendine, Gales
29 de março de 1927	203,792 mph	Sunbeam 1000 HP	Henry Segrave	Daytona, Estados Unidos
3 de setembro de 1935	301,129 mph	Railton Rolls Royce Bluebird	Sir Malcolm Campbell	Bonneville, Estados Unidos
5 de agosto de 1963	407,518 mph **	Spirit of America	Craig Breedlove	Bonneville, Estados Unidos
2 de novembro de 1965	555,483 mph	Spirit of America Sonic I	Craig Breedlove	Bonneville, Estados Unidos
15 de novembro de 1965	600,601 mph	Spirit of America Sonic I	Craig Breedlove	Bonneville, Estados Unidos
25 de setembro de 1997	714,144 mph	Impulso SSC II	Andy Green	Black Rock, Estados Unidos
15 de outubro de 1997	763,035 mph	Impulso SSC II	Andy Green	Black Rock, Estados Unidos
* Primeira tentativa bidirecional
** Primeiro carro a usar motor a jato

Foto cortesia de Mary Frances Howard
Steve Fossett

A corrida para a corrida
A corrida oficial do North American Eagle para o recorde mundial de velocidade terrestre terá que esperar enquanto a equipe arrecada mais dinheiro e termina de ajustar o design do carro. Enquanto isso, uma ou duas outras equipes estão trabalhando em carros que podem desafiar o recorde. Um desses competidores é Steve Fossett; o milionário recorde que recentemente comprou o Spirit of America de Craig Breedlove e está modificando o veículo para uma tentativa de recorde em outubro de 2007. Em uma entrevista coletiva em 2006, Fossett disse a repórteres que acredita que seu Spirit of America modificado pode atingir velocidades de 800 mph.

O North American Eagle, é claro, espera ser o primeiro - e mais rápido. Isso prova que em corridas de velocidade terrestre, a corrida para a linha de partida é tão crucial quanto a corrida para a linha de chegada.

Obrigado, obrigado a Jon Higley do North American Eagle, Inc. por sua ajuda com este artigo.