您开车最快开到过多少迈呢?在我国的标准答案当然是120,如果再快,交警就会送来贴心的问候。而其它一些国家的不限速路段,飙到200以上的也不少见。那么从科学和技术的角度来看,汽车究竟能跑多快呢?实际上,只有想不到,没有做不到,那些为极速而生的“神车”,速度可以轻松超过高铁,有的甚至向战斗机发起了冲击,实现了超音速。下面就请和人马君一起指点神车,开开眼界:
这辆特斯拉不算,它飞得太高了!
一辆车要跑到极速,需要做到哪些?
首先,它得是一辆车!如果跑着跑着飞起来了,就成了一架飞机,再快也不算数了。别笑,当速度达到一定程度的时候,如果不加约束,车子还真的很容易飞起来,并且对于用车轮驱动的车而言,虽然最终还会落回地面,但也会因为下压力不足而导致车轮抓地力降低或消失,从而影响速度。因此,冲击极速的一大限制条件就是升力不能大于重力。
没有飞起来的车才能叫汽车,否则就是飞机了
在确保汽车没有变成飞机的条件下,根据最简单的牛顿运动定律,车辆要稳定在某一个速度,就要在这一速度下,实现驱动力与阻力的平衡。
驱动力当然来自发动机,并最终体现在车轮抓地力(车轮驱动)或燃气推力(喷气驱动)上,而阻力则主要包括两大部分:空气阻力和车轮滚动阻力。其中滚动阻力主要与对地压力和车轮的弹性有关,与车速关系不大,而根据牛顿阻力公式,空气阻力与速度的平方成正比,与最大横截面积成正比,同时在接近音速的区域,阻力系数还有一个明显增大的过程。因此,当车速极高时,空气阻力将成为主要的阻力来源。
车辆的空气阻力
因此,提高车速的方法无外乎以下几点:
- 增加动力:地球人都知道想快就得增大马力,因此速度上来之后,空气阻力以平方级增长,驱动力需要同样增长,而功率等于力乘上速度,因此功率会以速度的三次方级增长,注意这里所说的功率是直接用于驱动的功率,车辆内部的机械损耗当然也要尽可能降低。另外如果是以车轮驱动的话,驱动力来自车轮与地面的静摩擦力,也就是抓地力,所以还需要有足够的下压力。
- 减小阻力系数:即使是家用车,减小风阻可以降油耗也是常识,对于想跑出极速的车就更是如此。而当速度达到极高,甚至接近音速时,空气阻力系数会产生重大的影响。而如果真的想实现超音速,还需要进行专门的修形,以降低跨音速和超音速区的阻力。但是对于车轮驱动的车来说,减阻是把双刃剑,风阻太小则不能产生足够的下压力来保证抓地力,需要综合考虑。
- 减小横截面积:显然,截面积越小,空气阻力越小。前提是这辆车要能塞下动力系统和车轮,并且至少能装下一个人,否则大家都玩遥控车,就没什么意思了。
在尽力满足以上条件的同时,还有一个重要因素,那就是要有一个足够大、足够平的场地,让车辆能够有时间和空间来加速到最大可能的速度。美国内华达州的沙漠是一个理想的选择,这里的干涸湖床和盐滩面积广大而又极其平整,无数速度纪录就是在此地诞生。
内华达州黑岩沙漠里的干湖床
下面咱们就来见识一下那些比风还要快的汽车,看看它们真实的速度与激情。
量产车的纪录:490公里/小时我们平时所能接触到的汽车绝大多数都是量产车,虽然高手在民间,某面包神车也能玩出漂移花活,但如果比拼极速的话,还得必须有实力作为后盾才行。普通小轿车再猛也只能达到略超200公里的时速,而超跑中的王者:布加迪Chiron在改装后曾经跑出过490.48公里的时速,超过了我国高铁的正常运行速度。
布加迪Chiron
这台Chiron Sport 300 采用了16个气缸的8.0T四涡轮增压发动机,最大功率达到了1600马力,超过了美国的M1A2主战坦克,令人惊叹。车身低矮,形状也非常流畅,同时通过空气动力学设计,在车重2吨的基础上,还获得了2吨额外的下压力,有效的保证了车轮的抓地力,这些都是它成为量产车速度冠军的保障。
布加迪Chiron的空气动力学设计
关于这个下压力,也很神奇,一般来说,在经过悉心设计后,速度越高下压力会越大,F1赛车时速超过200公里后,下压力会大于重力,也就是说可以倒过来在天花板上行驶,还可以实现超高速过弯。但是凡事也得有个限度,如果下压力过大的话,没准把悬架也给压垮了。
车轮驱动的极限:810公里/小时Chiron已经超过了高铁的正常速度,但我国高铁的最高试验速度已经达到每小时605公里,Chiron还望尘莫及。但是别急,有一辆车可以做到彻底击败高铁,它就是Turbinator II,这辆车使用T55-L-712燃气轮机作为动力,功率达到了惊人的5000马力,在2018年的测试中,Turbinator II达到了810公里/小时的惊人速度,已经将所有高铁甩在身后,成为车轮驱动汽车的速度王者。
Turbinator II的破纪录海报,像一条独木舟
810公里的时速相当于每秒钟前进225米,大约是两个足球场的长度,已经接近了民航客机的巡航速度。为了实现极速,Turbinator II采用了细长的外形,像一条独木舟,但是内部的发动机、传动、悬挂、转向系统一应俱全。为了与极高的速度相适应,车轮是铝制的。
Turbinator II高速行驶的第一视角
作为一台车轮驱动的汽车,能够实现超过800公里的时速确实非常不容易。内部的机械传动机构需要非常高效,而外形、下压力、车重等均需要综合考虑,以获得最佳的匹配效果。有很多人认为,车轮驱动的车才是真正的汽车,Turbinator II能实现810公里/小时的成绩,已经成为传统汽车的王者。
贴地飞行的超音速汽车:1228公里/小时如果想超越挑战者2号的速度纪录,你必须有一台非传统的汽车,从而摆脱气缸、变速箱和车轮的束缚,实现真正的贴地飞行,这就是喷气式极速车。这种车除了没有离开地面之外,其它方面跟飞机没什么两样,一般使用喷气发动机或火箭直接推进,因此不再需要考虑车轮的抓地力,只要保证不飞起来就可以了。
为了打破陆地速度纪录,人们制造了许多这种类型的汽车,这里就不一一赘述,只介绍一下它们之中的佼佼者:超音速推进号(Thrust SSC)。这辆英国人制造的汽车几乎就是一架没有机翼的喷气式飞机。它采用了英国空军F4鬼怪式战斗机上的“斯贝”涡扇发动机(我国的飞豹战机也用了这款发动机),而且还用了两台,总推力高达223千牛,比很多中型战斗机的推力都大。
装两台战斗机发动机的“超音速推进”号
由于不需要用车轮驱动,超音速推进号省去了复杂而沉重的传动系统,车身纤细(两台硕大的发动机除外),却重达10吨,而铝制车轮仅用来支撑和转向,与一般家用车不同,该车用后轮来转向。1997年,超音速推进号创下了1228公里/小时的陆地速度纪录,成功突破了音障,成为无可争议的地面速度冠军。这一纪录一直保持到现在,尚无对手能打破。
超音速推进号飞驰的场面
对速度的追求永无止境!
超音速推进号对陆地极速的统治注定是暂时的,因为人类的速度的追求永无止境。为了打破纪录,一些更快更强的极速车已经开始设计和制造,例如“嗜血猎犬”和“音速之风”。“嗜血猎犬”号目标时速超过1600公里,一度还获得了吉利的舒服哥的投资,但经过一些试验后,这几年似乎有所沉寂。“音速之风”极速车的目标更加远大,它计划使用X-15火箭飞机的发动机,理论速度据说可以超过3200公里/小时,已经快赶上SR71黑鸟侦察机了。
音速之风
出于男人的本能,不管“音速之风”靠不靠谱,人马君还是很期待的,各位呢?
更多硬核科普内容,欢迎光临人马君的主页:#人马座A#
,