Cómo funciona el águila norteamericana

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La mayoría de la gente está perfectamente feliz conduciendo sus autos por la interestatal a unas respetables 65 mph. Otros anhelan más velocidad y la logran agregando motores más grandes, supercargadores y otros músculos automotrices. Y otros más: esos raros buscadores de emociones conocidos como fanáticos de la velocidad quieren una cosa y solo una cosa: el automóvil más rápido del planeta y la designación como el "Rey de la velocidad mundial". Desde 1997, esa designación pertenece a la British Thrust SSC, que se convirtió en el primer automóvil en romper la barrera del sonido cuando el conductor Andy Green convenció al vehículo de propulsión a reacción a una velocidad de 763 mph.

Pero un equipo norteamericano está en camino de cambiar todo eso. Dirigido por Ed Shadle y Keith Zanghi, el equipo espera guiar su entrada: el Águila norteamericana -- en los libros de récords al batir el récord mundial de velocidad en tierra y llevar el título del automóvil más rápido del mundo al continente norteamericano. En este artículo, examinaremos cómo funciona el North American Eagle, así como los pasos que deben darse para que cualquier automóvil establezca un récord oficial de velocidad en tierra..


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Ed Shadle


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Keith Zanghi

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Jon Higley

Un equipo de voluntarios El proyecto North American Eagle es un verdadero trabajo de amor. El equipo que han formado Shadle y Zanghi está formado estrictamente por voluntarios que donan noches, fines de semana y festivos. La mayoría aporta un alto nivel de experiencia a uno de los sistemas críticos del automóvil. El equipo North American Eagle incluye un especialista en eyecciones que trabajó en misiones espaciales de la NASA, un mecánico de motores a reacción, un técnico en computación, un ex mecánico de B-52, un especialista en carrocería y un ingeniero..


Foto cortesía de NASA
F-104 Starfighter en vuelo.

El North American Eagle es un automóvil, pero solo en un sentido estrictamente académico. Tiene ruedas, motor, instrumentación y un lugar para que el conductor se siente. Ahí es donde terminan las comparaciones, sin embargo.

Está más cerca de la verdad llamar al North American Eagle un jet sobre ruedas. De hecho, el chasis del automóvil se basa en el fuselaje de un avión conocido como el Caza estelar F-104. Introducido por Lockheed Corporation en 1954, el Starfighter fue el primer jet militar operativo capaz de realizar un vuelo sostenido a Mach 2, o el doble de la velocidad del sonido. Se eliminó gradualmente en 1967 en favor de aviones más nuevos, pero incluso hoy en día el elegante y aerodinámico jet parece que fue construido para la velocidad. Shadle y Zanghi estaban claramente interesados ​​en las cualidades aerodinámicas del Starfighter cuando compraron el avión fuera de servicio a un distribuidor de aviones excedentes en Maine por $ 25,000. Para convertirlo en un automóvil, el equipo de North American Eagle cubrió el raíces de las alas (las alas ya se habían quitado) y se agregó un sistema de suspensión. El equipo también hizo modificaciones a un poderoso motor turborreactor, el mismo tipo que propulsó el avión de combate a más del doble de la velocidad del sonido en el aire con alas, que el automóvil usa como fuente de energía.

Como puede imaginar, el North American Eagle no es un vehículo que alguien conduciría por las calles. En cambio, pertenece a un grupo de autos conocidos como corredores de velocidad terrestre. En la competencia oficial, los corredores de velocidad terrestre deben cumplir con las estrictas reglas y regulaciones establecidas por el Federation Internationale de L'Automobile (FIA), el principal organismo rector de la mayoría de los tipos de carreras de automóviles. La FIA reconoce varias clases de corredores de velocidad terrestre, según su diseño general y fuente de poder, y reconoce a los poseedores de récords en cada uno. El North American Eagle compite en la clase de Construcción Especial, que a su vez incluye tres categorías: Streamliners ilimitados, Lakesters y Ilimitados.


Foto cortesía de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos / Fotógrafa Sue Sapp
Se está probando un motor turbofan en Robins Air Force Base, Georgia, EE..

La categoría ilimitada se desarrolló específicamente para vehículos que dependen de propulsión a chorro o cohete para aumentar la velocidad. La propulsión a chorro ocurre cuando el combustible se quema en presencia de oxígeno de la atmósfera, creando una corriente de gases en expansión que, cuando se expulsan a través de una boquilla, genera empuje. La propulsión de cohetes se basa en principios similares, excepto que el oxígeno se transporta junto con el combustible. El North American Eagle, por supuesto, es un vehículo propulsado a reacción que aprovecha un motor turborreactor General Electric LM-1500. Hablaremos más sobre el motor en la siguiente sección, pero debe saber que el LM-1500 puede producir, en su forma completamente mejorada, 52,000 caballos de fuerza, casi 375 veces más potencia que el Honda Civic promedio..


Utilizado bajo la licencia Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5.
The Spirit of America en el Museo de Ciencia e Industria de Chicago en Chicago, Illinois.

Aunque todo vale cuando se trata de empuje, Unlimiteds debe cumplir con otros estrictos requisitos de diseño. Por ejemplo, no pueden usar superficies aladas para controlar el vehículo y deben tener un mínimo de cuatro ruedas. Los vehículos de tres ruedas no se consideran automóviles en absoluto y deben competir como motocicletas..

Unlimiteds ha extendido constantemente los límites de la velocidad en tierra desde que la FIA estableció la clase en 1964. Los autos como Green Monster, Spirit of America, Thrust II y Thrust SSC superaron los libros de récords, superando el hito de 500 mph, el hito de 600 mph , el hito de 700 mph y, finalmente, el barrera del sonido, que es de 760 mph a una temperatura de 15ºC y presión al nivel del mar. El objetivo del North American Eagle es batir el récord actual de velocidad en tierra de una velocidad promedio de 763 mph y convertirse en el automóvil más rápido que jamás haya corrido por la superficie de la tierra..

Aunque el North American Eagle es diferente a cualquier automóvil que verá en la interestatal, tiene muchos de los principales sistemas automotrices que encontrará en un vehículo de producción. Vamos a romper el águila y ver qué lo hace moverse tan rápido.

Chasis
El chasis del North American Eagle, que mantiene todas las dimensiones básicas del fuselaje del Starfighter, mide 56 pies de largo, siete pies de ancho en la nariz y nueve pies de ancho en la cola. Como puede imaginar, transportar un vehículo tan grande supone todo un desafío. Para moverlo de un sitio a otro, el equipo utiliza un tractor diesel Volvo que tira de un semirremolque de tamaño completo..

Suspensión
Como avión, el Starfighter no requería un sistema de suspensión para ayudar a absorber los golpes y los golpes que se producen al conducir sobre una superficie irregular. Como automóvil, el North American Eagle debe poder sortear las imperfecciones de la carretera sin perder velocidad ni comprometer la estabilidad del vehículo. El automóvil solo correrá sobre un lecho de lago de lodo seco que esté completamente libre de imperfecciones durante toda la distancia de carrera; sin carreteras. Es por eso que el desierto de Black Rock es un buen lugar para intentos de récord. El equipo resolvió el problema usando un sistema de choque de gas para suspender la parte delantera del automóvil. La suspensión trasera se basa en un marco rectangular, construido con tubos de acero rectangulares dispuestos en una configuración delta o triangular hacia la parte trasera. Este marco está hecho de acero dulce (o bajo en carbono), que es barato, fuerte y de fácil forma..


Foto cortesía del Airplane Flying Handbook
Los componentes básicos de un motor de turbina de gas.

Motor
El motor turborreactor que impulsa al North American Eagle es típico de la mayoría de los aviones comerciales y militares. Si lee Cómo funcionan los motores de turbina de gas, verá que estos motores constan de turbinas, una cámara de combustión, inyectores de combustible y un compresor. El compresor aspira aire a la cámara de combustión, donde se utiliza oxígeno para quemar combustible. A medida que se quema el combustible, los gases de escape se dirigen hacia las turbinas. Un juego de turbinas acciona directamente el compresor a través de un eje. Las otras turbinas giran libremente y crean una corriente de aire de alta velocidad que se dirige a través de una boquilla. Esta corriente de aire de alta velocidad genera un empuje basado en la tercera ley de movimiento de Newton (para cada acción, hay una reacción igual y opuesta).

Los resultados de un mal frenado
Las carreras de velocidad terrestre no son para pusilánimes. En 1964, mientras realizaba su segunda carrera en octubre por el récord en Spirit of America, Craig Breedlove tuvo un accidente casi fatal cuando los paracaídas del automóvil se rompieron de sus líneas verticales. Sin el arrastre adicional de las rampas, Breedlove no pudo detener el auto con los frenos de disco, que se quemaron. El coche finalmente se detuvo en un estanque de agua salada y Breedlove salió ileso. Menos de un mes después, Breedlove regresó a Bonneville Salt Flats y se convirtió en la primera persona en conducir un automóvil a más de 500 mph..

El motor LM-1500 del Eagle es la versión civil del motor J-79-15 utilizado en aviones militares como el F-4 Phantom. Mide tres pies de diámetro y pesa 3.840 libras. El compresor está conectado por un solo eje a las turbinas y tiene 17 etapas para alimentar aire súper rico en oxígeno al combustible bombeado por los inyectores. Tanto las boquillas de combustible como los recipientes de combustión están recubiertos de cerámica, lo que ayuda a reducir el calor y produce un 13 por ciento más de energía.

En ralentí, el motor consume 18 galones de combustible para aviones por minuto. El equipo tiene dos modelos diferentes de LM-1500; uno produce un total de 42,500 caballos de fuerza para pruebas de baja velocidad, y el segundo tiene revestimientos cerámicos en las palas de la turbina y los recipientes de combustión, que producirán hasta 52,000 caballos de fuerza para carreras récord de alta velocidad.

Ruedas
El North American Eagle se desplaza sobre cinco ruedas: una al frente para dirigir, dos una al lado de la otra en un eje de chasis medio descentrado y dos en la parte trasera. Para carreras a baja velocidad (menos de 350 mph), las ruedas vienen equipadas con neumáticos de goma. Para carreras de alta velocidad (hasta 800 mph), las ruedas de avión estándar se quitan y se reemplazan con ruedas de aluminio macizo con una banda de titanio en la superficie de carrera exterior de la rueda para una mayor resistencia y retención de tensión, mecanizadas específicamente para su uso en el Águila. No se utilizan neumáticos en la configuración de alta velocidad.


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El paracaídas se despliega para reducir la velocidad del Águila en su camino para detenerse..

Sistemas de frenado
Reducir la velocidad de un vehículo desde supersónico velocidades requiere un enfoque por fases que utiliza múltiples tecnologías. Suponiendo que el Eagle viaja a su velocidad objetivo de 800 mph, así es como funciona el frenado:

  • El conductor tira del acelerador. Al hacerlo, despliega puertas de freno de velocidad ubicadas a cada lado del fuselaje, justo delante de la sección de cola. Accionados hidráulicamente, estos frenos de velocidad formaban parte del diseño original de la aeronave y funcionan de la misma manera al crear resistencia para reducir la velocidad del vehículo. Con los frenos de velocidad activados, el automóvil comienza una desaceleración gradual.
  • Aproximadamente a 650 mph, se despliega un paracaídas abatible para ayudar a los frenos de velocidad. Un paracaídas de caída es más alargado y mucho más delgado que un paracaídas convencional, lo que significa que crea menos resistencia y es menos probable que se rompa. Una rampa principal mucho más grande sigue al drogue a aproximadamente 500 mph, lo que crea aún más resistencia. Esto ralentiza el automóvil a aproximadamente 125 mph.
  • A 500 mph, el conductor puede activar los frenos magnéticos en las ruedas traseras para eliminar la energía cinética acumulada en las enormes ruedas de 300 libras, que tienden a girar más lento de lo que desacelerará el automóvil. Estos son componentes de última generación hechos de imanes de tierras raras (neodimio, hierro boro o NdFeB) montados en soportes de acero inoxidable en el eje trasero cerca de cada rueda. Los soportes se mueven cerca, pero no tocan, un rotor de aluminio montado en el interior del cubo de la rueda. La resistencia magnética resultante ralentiza el automóvil a 100 mph.
  • Finalmente, con el automóvil viajando a menos de 100 mph, una plataforma de freno "Picapiedra" (actualmente en desarrollo) justo al lado de la cabina, se activará hidráulicamente para arrastrarse por el suelo a velocidades inferiores a 100 mph..

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La cabina del águila norteamericana

Cabina
La cabina del North American Eagle alberga a un solo conductor que está atado en su lugar por un cinturón de seguridad extra ancho con un accesorio de cinco puntos. En lugar de un volante, el conductor encontrará la palanca de vuelo original del Starfighter. Un sistema hidráulico comunica la información de la cabina a las ruedas delanteras, lo que permite al conductor conducir el automóvil hacia la derecha o hacia la izquierda. Un panel de instrumentos muy básico, que incluye medidores de temperatura, medidores de presión de combustible y aceite, indicador de velocidad del aire y medidor de Mach, es visible justo más allá de la palanca de vuelo. Y una radio permite al conductor comunicarse con los miembros del personal de tierra y otro personal de apoyo que ayuda a monitorear el estado de la pista y otras variables que podrían afectar el resultado de la carrera..


Foto cortesía del Airplane Flying Handbook
Diagrama de ondas de choque.

Uno de los mayores desafíos que enfrenta North American Eagle es superar los problemas relacionados con viajar a velocidades supersónicas. A tales velocidades (es decir, mayor que la velocidad del sonido), el automóvil producirá ondas de choque que puede afectar la estabilidad del vehículo y producir un boom sónico. Echemos un vistazo rápido a cómo se forman estas ondas de choque y cómo el águila norteamericana las compensará..

A medida que un objeto se mueve a través del aire, empuja las moléculas de aire fuera del camino, creando ondas de aire comprimido y sin comprimir. Estas ondas de presión de aire se alejan del objeto en todas las direcciones a la velocidad del sonido. Mientras el objeto viaje más lento que la velocidad del sonido, no alcanzará las ondas de presión. Pero si el objeto viaja a la velocidad del sonido o más rápido, se pone al día con las ondas de presión y comienza a empujarlas, acumulando las ondas a medida que se crean. Estas ondas acumuladas se denominan ondas de choque..


Foto cortesía del gobierno de los Estados Unidos.
Ilustración de dónde se encuentran los canards (en azul).

Cuando las ondas de choque llegan al suelo, se pueden sentir como un boom sónico. La intensidad del boom sónico está determinada por varios factores: la distancia entre el objeto y el suelo, el tamaño y la forma del objeto y las condiciones atmosféricas, incluida la presión del aire, la temperatura y los vientos. Las explosiones sónicas se han estudiado bien en aviones, pero menos en vehículos que viajan a solo unos centímetros del suelo..

Un problema con los coches terrestres es que las ondas de choque que se acumulan en el morro pueden crear una fuerza ascendente que levante el coche del suelo. El equipo de North American Eagle ha instalado bulos -- pequeñas proyecciones en forma de ala: para proporcionar estabilidad y control adicionales. Si alguna vez sacó la mano por la ventana de un automóvil que viaja a 60 mph, entonces tendrá una idea de cómo funcionan los canards. Su ángulo en la corriente de aire puede crear un fuerza hacia arriba o un fuerza hacia abajo. En el caso del North American Eagle, el sistema será controlado independientemente del conductor por una computadora. Monitoreará un sensor de carga en el eje delantero. El programa de prueba del proyecto verificará que el programa de software en la computadora ajustará adecuadamente los canards hacia abajo ligeramente para aplicar solo la suficiente, pero no demasiada, fuerza descendente para evitar que la rueda delantera se levante del suelo y evitar una actitud de nariz hacia arriba..


Foto cortesía de la Comisión de Turismo de Nevada
Desierto de Black Rock, Nevada

Ir por el récord
Por supuesto, tener un automóvil que viaje más rápido que la velocidad del sonido es solo una parte del problema. También tienes que encontrar un lugar para correr con seguridad, y que tus resultados sean medidos y reconocidos oficialmente como un verdadero récord mundial de velocidad en tierra. En América del Norte, solo hay unos pocos lugares adecuados para las carreras de velocidad en tierra. Esto se debe a que los corredores de velocidad terrestre requieren una pista larga (¡hasta 15 millas o más!) De terreno extremadamente abierto y plano. Daytona Beach se utilizó hasta 1935. Luego, los corredores dirigieron su atención a Bonneville Salt Flats, un tramo de salinas áridas que cubre aproximadamente 100 millas cuadradas en el noroeste de Utah. Bonneville fue el sitio favorito de Norteamérica para las carreras de velocidad en tierra hasta 1983. Sin embargo, el empuje del motor a reacción hace que las ruedas de metal se colapsen en la sal dura al acelerar. Además, la distancia que existe ahora es solo un total de siete millas debido a la extracción de sal durante las últimas décadas, lo que hace que la pista sea demasiado corta para usarla. Por esas razones, Black Rock Desert en Nevada se ha utilizado desde entonces. Black Rock Desert ofrece más espacio abierto y, debido a que solía ser el fondo de un lago en lugar de un océano de agua salada, causa menos corrosión a los autos..

Para conseguir el récord, el equipo norteamericano tendrá que transportar el coche a Nevada e invitar a oficiales de la FIA. Luego, en el transcurso de varias semanas, el equipo preparará el vehículo y hará una carrera para el récord. Una carrera oficial consta de dos pruebas, cada una en direcciones opuestas y promediadas. La segunda carrera debe ingresar al área cronometrada dentro de los 60 minutos posteriores a salir del área cronometrada de la milla de la primera carrera para calificar según las reglas existentes..

El tiempo de cada prueba se mide a lo largo de un tramo de una milla llamado milla medida. El tiempo oficial es el promedio de los dos tiempos de prueba. Por ejemplo, así es como lo hizo el equipo Thrust SSC en 1997 cuando establecieron el récord mundial de velocidad en tierra:

  • Primera prueba: 759 mph
  • Segunda prueba: 766 mph
  • Promedio: 763 mph
  • Velocidad del sonido ese día, en ese lugar: 748 mph
  • Velocidad Mach: 1.02

Para romper el récord establecido por el equipo Thrust SSC, el North American Eagle debe ser al menos un uno por ciento más rápido, o aproximadamente 770 mph (Mach 1.03). Hasta ahora, el North American Eagle ha alcanzado una velocidad máxima de sólo 312 mph, registrada en marzo de 2005, pero eso fue en neumáticos de aviones de baja velocidad con una clasificación de 350 mph. Con las llantas de aluminio y los posquemadores en funcionamiento, el equipo espera que el automóvil alcance las 800 mph..

Récords importantes de velocidad en tierra
Fecha Velocidad Vehículo Conductor Ubicación
18 de diciembre de 1898 39.252 mph Jeantaud Chaselloup-Laubat Acheres, Francia
21 de julio de 1904 103.561 mph Gobron-Brillie Louis Rigolly Ostende, Bélgica
24 de junio de 1914 124.095 mph * Benz # 3 L.G. Cuernos Brooklands, Inglaterra
21 de julio de 1925 150.761 mph Bluebird rayo de sol Sir Malcolm Campbell Pendine, Gales
29 de marzo de 1927 203.792 mph Rayo de sol 1000 HP Henry Segrave Daytona, Estados Unidos
3 de septiembre de 1935 301.129 mph Railton Rolls Royce Bluebird Sir Malcolm Campbell Bonneville, Estados Unidos
5 de agosto de 1963 407,518 mph ** Espíritu de América Craig Breedlove Bonneville, Estados Unidos
2 de noviembre de 1965 555.483 mph Espíritu de América Sonic I Craig Breedlove Bonneville, Estados Unidos
15 de noviembre de 1965 600.601 mph Espíritu de América Sonic I Craig Breedlove Bonneville, Estados Unidos
25 de septiembre de 1997 714.144 mph Empuje SSC II Andy Green Black Rock, Estados Unidos
15 de octubre de 1997 763.035 mph Empuje SSC II Andy Green Black Rock, Estados Unidos
* Primer intento bidireccional
** Primer automóvil en usar motor a reacción


Foto cortesía de Mary Frances Howard
Steve Fossett

La carrera hacia la carrera
La carrera oficial del North American Eagle por el récord mundial de velocidad en tierra tendrá que esperar a que el equipo recaude más dinero y termine de ajustar el diseño del automóvil. Mientras tanto, uno o dos equipos más están trabajando en autos que podrían desafiar el récord. Uno de esos competidores es Steve Fossett; el millonario récord que compró recientemente el Spirit of America de Craig Breedlove y está modificando el vehículo para un intento de récord en octubre de 2007. En una conferencia de prensa de 2006, Fossett dijo a los periodistas que cree que su Spirit of America modificado puede alcanzar velocidades de 800 mph..

El North American Eagle, por supuesto, espera ser el primero y más rápido. Esto demuestra que en las carreras terrestres, la carrera hasta la línea de salida es tan crucial como la carrera hasta la meta..

Gracias Gracias a Jon Higley de North American Eagle, Inc.. por su ayuda con este artículo.

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Más enlaces geniales

  • Águila norteamericana
  • Landracing.com
  • PBS
  • Empuje SSC
  • Exposición de pruebas aeroespaciales

Fuentes

  • "Bonneville Salt Flats", Enciclopedia Británica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
  • "El dúo británico establece el primer récord supersónico de velocidad terrestre". CNN interactivo,
    15 de octubre de 1997.
    http://www.cnn.com/TECH/9710/15/brits.land.speed/.
  • "Jay Leno's Garage: Desk Jockey to Jet Jockey", por Jay Leno, Popular Mechanics,
    Noviembre de 2006.
    http://www.popularmechanics.com/automotive/jay_leno_garage/4199623.html.
  • Landracing.com
    http://www.landracing.com
  • Sitio web de North American Eagle
    http://www.landspeed.com
  • "North American Eagle se prepara para batir el récord mundial de velocidad en tierra",
    por HSPN News. HSPN Global News, 25 de octubre de 2006.
    http://news.hspn.com/articles/887/1/North-American-EagleTM-Prepares-to-Break-
    World-Land-Speed-Record / Page1.html.
  • "Sonic boom", Enciclopedia Británica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
  • "Vuelo supersónico", Enciclopedia Británica 2005, s.v. CD-ROM, 2005.
  • La Federation Internationale de L'Automobile (FIA)
    http://www.fia.com
  • "La necesidad de velocidad." Revista HSW Express, enero de 2007.
  • "La necesidad de la velocidad", de Dean Kuipers. Revista Wired, octubre de 1997.
    http://www.wired.com/wired/archive/5.10/es_speed.html.
  • "El equipo con sede en Washington alcanzará el récord de velocidad en tierra", por Associated Press.
    Space.com, 19 de junio de 2003
    http://www.space.com/businesstechnology/technology/land_speed_030619.html.



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