Bloodhound SSC

Supersonični krvoslednik

Predstavljen i prikazan na Sajmu u Ljubljani – Bloodhound SSC, automobil predviđen da obori svetski brzinski rekord

„Bloodhound“ projekat predstavlja veliku, pre svega naučnu avanturu, jer je reč o automobilu koji bi trebalo da obori brzinski rekord i ostvari neverovatnih 1.600 km/h. Pored automobilskih entuzijasta, ova tema će bez dileme zaintrigirati inženjere, tehnologe i matematičare.

Tri su osnovna cilja ovog projekta:

– Da se inspirišu nove generacije kada je reč o nauci, tehnologiji, inženjeringu i matematici

– Da se istraživanje i razvojni program podele sa publikom širom sveta

– Da se postavi novi brzinski rekod od 1.600 km/h.

Misija
U centru pažnje je Bloodhound SSC, supersonični automobil, koji ne samo što je dizajniran da se kreće brže od zvuka, već i preko 1.600 km/h. Milju će pokriti za vrtoglavih 3,6 sekundi.

Automobil će biti pogonjen mlaznim i raketnim motorom, a zajedno će isporučivati više od 135.000 ks

Automobil je dug 13,4 metra i teži 7,5 tona. Dizajn predstavlja mešavinu automobila i aviona, a na taj način je vozilo i projektovano. Prednja sekcija dolazi u vidu monokoka od ugljeničnih vlakana (poput trkačkog automobila) a zadnji deo je u vidu metalne strukuture i panela (poput aviona). Dva prednja točka se nalaze unutar karoserija, dok su dva zadnja točka postavljena spolja sa zaštitnom oplatom.

Automobil će biti pogonjen mlaznim i raketnim motorom, a zajedno će isporučivati više od 135.000 ks, što je više nego šest puta više od svih F1 automobila na gridu. Preko 110 ljudskih godina napora je uloženo u dizajn, izradu i proizvodnju Bloodhounda SSC.

Dizajn
Bloodhound SSC je, bez sumnje, najsloženiji automobil ikada konstruisan. Kada bude završen, sastojaće se od 3.500 delova (i 22.500 nitni), od kojih su mnogi dizajnirani i proizvedeni originalno za ovaj automobil.

Vozilo je hibridne konstrukcije, s tim što je prednja polovina napravljena od ugljeničnih vlakana, dok je zadnja sekcija metalna.

Prednji deo sadrži monokok od ugljeničnih vlakana, sličan konceptu koji se koristi u Formuli 1. Ovo pre svega vozaču obezbeđuje sigurnu, krutu zaštitnu ćeliju. Ovo je takođe najefikasniji način da se formira kompleksna valovita forma ispred kokpita i glavnog mlaznog usisa.

Zadnji deo automobila čini metalna konstrukcija razdvojena duž centralne linije.

Gornja šasija je u vidu rebara i uzdužne strukture, što je tipično za konstrukciju aviona. Rebra su izrađena od aluminijma a uzdužna konstrukcija od titanijuma. Karoserija je takođe titanijumska, što je bilo neophodno u cilju snižavanja mase zadnjeg dela, i u isto vreme zadržavanja krutosti.

Na gornjem delu šasije je postavljen Eurojet EJ200, usisni otvor i vertikalni stabilizator.

Donja sekcija se sastoji od niza aluminijumskih ramova i pregrada koji su presvučeni čelikom. Donja struktura ugošćava pomoćnu pogonsku jedinicu, rezervoar sa mlaznim gorivom i raketni sistem.

Zadnji deo donje strukture formira noseću konstrukciju i na nju je postavljeno zadnje oslanjanje, zajedno sa prstenom mlaznice i kontejnerima padobrana.

Oblik „nosa“ se nije mnogo promenio u odnosu na originalni dizajn, ali je njegova visina doprinela ukupnoj aerodinamičkoj efikasnosti ovog automobila – kada se podigne „nos“ dobija se više uzgona napred, dok se njegovim spuštanjem uzgon redukuje.

Pod Bloodhounda SSC je praktično ravan čitavom dužinom, što i jeste poželjna forma.

Prednje ogibljenje je inteligentno dizajnirano da bi se na pravi način uklopilo u automobil, zajedno sa točkovima, komponentama i ležajevima, kočnicama i značajnom količinom kontrolnih sistema.

Krilca obezbeđuju željeni stepen kontrole uzgona i vertikalnog aerodinamičkog pritiska, na taj način doprinoseći ukupnom aerodinamičkom paketu. Nova aerodinamička analiza urađena u Univerzitetu Svonsi, sugeriše da je automobil dovoljno stabilan da bi se krilca postavila pod fiksnim uglovima, bez potrebe za prilagođavanjem tokom vožnje.

Vertikalni stabilizator je esencijalan za lateralnu stabilnost automobila. On praktično drži automobil u željenom pravcu. Funkcioniše poput pera na streli, koja obezbeđuju da vrh bude napred.

Dimenzije vertikalnog stabilizatora su takve da on osigurava stabilan pravac vozila pri nadzvučnim brzinama. Jedna od najznačajnijih evolucija kada je reč o profilu automobila od kada je projekt pokrenut je urađena na konfiguraciji „repa“. Od „T“ repa došlo se do rešenja u vidu krsta, koje je manje sklono lepršanju. Rezultirajući gubitak efikasnosti vertikalnog stabilizatora je doveo do njegovog uvećanja i dodavanja grebena.

Otprilike polovinu pogonske snage Bloodhounda SSC isporučuje Eurojet EJ200, sofisticirani vojni mlazni motor

Finalna forma je evoluirala kako je unutrašnji paket automobila finalizovan. Centar težišta je sada precizno određen, a vertikalni stabilizator obezbeđuje da se centar pritiska nalazi na pravom mestu iza njega.

Eurojet EJ200
Otprilike polovinu pogonske snage Bloodhounda SSC isporučuje Eurojet EJ200, sofisticirani vojni mlazni motor, koji se inače nalazi u Eurofighter Typhoonu.

Mada je na prvi pogled veoma različit od konvencionalnih benzinskih i dizel motora, ovaj turbinski motor je i dalje motor sa unutrašnjim sagorevanjem. Vazduh se usisava u agregat, sabija se, a zatim se dodaje gorivo koje sagoreva, da bi se na izduvu stvarao potisni mlaz.

Na nekom osnovnom nivou, mlazni motor može da se podeli na četiri osnovne sekcije – usis koji kanališe vazduh, deo u kome se komprimuje vazduh, zatim sekciju u kojoj se dodaje i sagoreva gorivo i izduv gde se energija iskorišćava za pokretanje kompresora stvarajući na kraju mlaz usijanih gasova koji pod manjim pritiskom ali velikom brzinom izlaze napolje.

Postoje četiri osnovne klase mlaznih motora:

Turbo-mlazni
Ovo su rani mlazni motori u kojima sav vazduh koji uđe prolazi kroz jezgro motora. Oni su bili bučni i ne toliko efikasan.

Turbo-ventilatorski
Oni su zamenili turbo-mlazne i dolaze u dve forme. Jednu čine turbo-ventilatorski motori visokog zaobilaska (njih možemo da vidimo ispod krila putničkih aviona) sa velikim ventilatorom ispred kompresorske sekcije, smeštenim u gondoli. Prednost ovih motora je što umesto da generišu potisak ubrzavanjem male količine vazduha velikom količinom, oni istu promenu momentuma dobijaju ubrzavanjem velike količine vazduha malom količinom, tako da samo 10% usisnog strujanja prolazi kroz jezgro motora. Oni su tiši i efikasniji, i odlični su za podzvučne putničke avione. Drugi tip turbo-ventilatorskih motora je mašina niskog zaobilaska, gde značajan deo usisanog vazduha prolazi kroz jezgro motora (oko polovine). Ovaj tip motora može da funkcioniše u većem rasponu nadzvučnih brzina i nadmorskih visina, a obično ga nalazimo u borbenim avionima. Zaobilazeći vazduh se koristi za razblaživanje vrelog izduva, redukovanje buke, ali uz to obezbeđuje i mešavinu bogatu kiseonikom kojoj se može dodati gorivo za dodatni potisak prilikom forsaža.

Turbo-propelerski 
U ovom slučaju se mlazni motor koristi za pokretanje turbine koja putem zupčanika ili osovine pokreće elisu.

Turbo-osovinski
Kao kod turbo-propelerskih, snaga se dobija preko sistema zupčanika koje pokreće turbina. Ovo je rešenje koje se obično nalazi u helikopterima, ali i za industrijske i plovidbene potrebe.

Kao što smo već spomenuli, Bloodhound SSC koristi EJ200, mlazni motor iz lovačkog aviona. Na ovom motoru, dodatno gorivo može biti ubrizgano u cev mlaznice i sagorevano uz pomoć kiseonika iz zaobilazećeg vazduha. Ovo je poznato kao „forsaž“, a obezbeđuje značajnu dodatnu snagu. Maksimalni potisak (bez forsaža) EJ200 iznosi 60 kN, dok sa dodatnom „vatrom“ on iznosi 90 kN.

Tri su osnovna izazova sa integracijom EJ200 u Bloodhound SSC. Najznačajniji se verovatno odnosi na elektronsku kontrolu motora. EJ200 je dizajniran na taj način da bude u potpunosti integrisan deo Eurofighter Typhoona i poseduje visokosofisticirani sistem za kontrolu i monitoring, koji je u konstantnoj komunikaciji s letelicom. Kada nije zadovoljan sa nekim odgovorom na postavljeno pitanje, sistem stavlja motor u bezbedni režim, sa značajno redukovanim potiskom. Izazov je „ubediti“ motor da je „sve u redu“ pri brzini od 1,4 maha na „visini“ od 130 milimetara od tla. Šalu na stranu, glavni deo integracije ovog motora u Bloodhound SSC je bio uveriti ga u korektnost podataka.

Na drugom mestu, a vezano za kontrolu motora, je dizajn usisa. Usisni sistem ima za zadatak da isporuči korektan kvalitet vazduha za kompresor, da ne bi dolazilo do zastoja u radu motora što je u ovom slučaju veoma negativna pojava koja dovodi do oštećenja. Mlazni motori imaju definisanu marginu kada je u pitanju protok vazduha, tako da ona osigurava da se ne koriste tamo gde može doći do zastoja u kompresoru. Ova margina uključuje mnoge parametre poput zaleđivanja usisa, „gutanja“ ptica i nestabilnih strujanja izazvanih brzim manevrima. Srećom, većina ovih potencijalnih problema neće biti relevantna prilikom instalacije EJ220 na Bloodhound SSC.

Treći izazov je pristupačnost. Zbog namene Bloodhounda SSC, smeštanje motora na mesto koje će obezbediti lako održavanje i nije baš lako. Ono što može da se uradi je da se obezbedi da svi vitalni sitemi motora budu pristupačni za bezbednosne provere pred vožnju, a izvesni dodatni zadaci mogu se postići bez obzira na ograničenja koja nameće vozilo. Tu se ubraja provera ulja i hidraulike. Ipak, većina zadataka koja obavljaju serviseri Typhoona zahteva deinstalaciju motora. Ono čemu se Bloodhound tim nada je da će putem sistema monitoringa u automobilu moći da predvidi i planira dotične zahteve kada je održavanje u pitanju.

Pomoćna pogonska jedinica
Ova jedinica je zadužena za pokretanje oksidacione pumpe za raketni motor. Ova pumpa će snabdeti raketni motor sa 800 litara vodonik peroksida povišenog sadržaja (HTP) za samo 20 sekundi, što je ekvivalentno 40 litara u sekundi.

U ranim fazama projekta, Bloodhound SSC je trebalo da bude pogonjen isključivo na raketni pogon

Pomoćna pogonska jedinica dolazi u vidu Jaguarovog kompresorskog V8 agregata sa 550 ks. Raketa je hibridnog dizajna, a razvio ju je norveški specijalista „Nammo“.

Jaguarov motor će počivati odmah kraj HTP rezervoara, ali ono što je od vitalnog značaja je da toplota iz motora ne pređe na vodonik peroksid, da ne bi slučajno došlo do eksplozije. Zbog toga je izduv motora presvučen keramičkim slojem koji redukuje površinsku temperaturu za najmanje 30 odsto.

Raketa
U ranim fazama projekta, Bloodhound SSC je trebalo da bude pogonjen isključivo na raketni pogon. Mada ovo donosi izvesne prednosti što se performansi tiče, raketni motori nisu laki za kontrolu poput mlaznih, tako da je odlučeno da se oba rešenja iskombinuju u cilju dobijanja snage uz željenu kontrolu.

Da bi doprinele postizanju brzine od 1.600 km/h, sve „Nammo“ hibridne rakete će obezbediti potisak od 30 kN. To će zajedno sa EJ200 u zbiru doneti vrednost od oko 212 kN, što je osam puta više nego svi Formula 1 bolidi na gridu zajedno. „Nammo“ raketa će biti upotrebljena umesto „Falcon Project“ rakete, a njen dizajn tek treba da bude finalizovan. Verovatno će biti upotrebljen klaster od četiri ili pet motora umesto jedne velike komore za sagorevanje.

Kada automobil bude završen, Bloodhound će imati dva kompleta točkova, točkove za pustinju, za korišćenje u Haksken Panu u Južnoj Africi gde će se desiti napad na rekord, i točkove za pistu za testiranje u Njukveju u Engleskoj.

Ogibljenje
Sistem ogibljenja na ovom automobilu ima trostruku ulogu:

– Da doprinese upravljivosti i stabilnosti, a samim tim učini automobil bezbednim za vožnju

– Da zaštiti vozilo od oštećenja i habanja

– Da obezbedi komfor za putnike, izolujući ih od vibracija i treskanja

Ovi ciljevi su generalno kontradiktorni, tako da podešavanje ogibljenja uključuje ostvarivanje pravog kompromisa. U Bloodhoundu vozač provodi malo vremena, tako da je glavni prioritet stabilnost u čitavom brzinskom rasponu. Ovoga puta će morati da zaboravi na „francusku udobnost“.

Sistem ogibljenja će morati da se nosi sa neverovatnim opterećenjima kada automobil bude postigao maksimalnu brzinu, i to do 30 tona.

I prednje i zadnje ogibljenje dolazi u osnovnoj postavci da dvostrukim poprečnim ramenima radi ostvarivanja što bolje krutosti. Širina traga prednjih točkova iznosi 1 metar a zadnjih 2,39 metara, što donosi kompromis između lateralne stabilnosti, aerodinamičkog otpora i željenog nagiba točkova i njihovih uglova prema uzdužnoj osi automobila.

Podsklop prednjeg ogibljenja je dobio nadimak „kozja glava“, jer je upravo na nju podsećao još na inženjerskim crtežima. Ovo je najsnažnije i najotpornije ogibljenje napravljeno za neko vozilo ikada, dizajnirano da izdrži preko 30 tona.

Napravljeno je od pet ogromnih mašinski obrađenih osovina, napravljenih od 7075 legure, koja obezbeđuje maksimalnu otpornost i čvrstinu. Komponente su višestruko kaljene, da bi se maksimizovala snaga metala. Gornje komponente su imale startnu masu od 313 kilograma svaka, ali su završile sa težinom od samo 18 kilograma svaka. To znači da je čak 94% metala uklonjeno. Dve donje komponente su startovale sa masom od 149 kilograma, da bi 89% materijala bilo uklonjeno, tako da su završile sa 16 kilograma svaka. Dakle, započelo se sa težinom čitavog sklopa od 924 kilograma, da bi se finiširalo sa samo 68.

Pored četiri glavna dela, još 268 jedinstvenih komponenti čini sistem prednjeg oslanjanja.

Podsklop zadnjeg ogibljenja dolazi u vidu ogromne i kompleksne strukture koja mora da svo opterećenje na zadnje točkove, uz raketnu silu.

Bloodhound SSC ima tri primarna kočiona sistema: vazdušne kočnice, padobrane i kočnice na točkovima

Iz velikih komada od kovanog aluminijuma koji su težili oko 2,5 tona, brižljivom mašinskom obradom se došlo do precizno izrađenih komponenti od 196 kilograma. Ovaj proces je trajao više od godinu dana. Ukupno gledajući, ovaj komplet delova čini oko 10% primarne strukture automobila.

Slično je i sa oprugama. One koje su inicijalno trebalo da budu upotrebljene, bile su deset puta kruće u odnosu na one kod standardnih putničkih automobila, sa oko 150 N/mm napred i 240 N/mm pozadi.

Amortizeri su od ključnog značaja za uglađivanje rada ogibljenja. U ovom slučaju, upotrebljena je tehnologija koja egzistira oko 100 godina, bazirana na klipu i hidrauličnom ulju.

Što se kočnica tiče, Bloodhound SSC ima tri primarna kočiona sistema: vazdušne kočnice, padobrane i kočnice na točkovima. Oni će biti upotrebljeni jedan po jedan da bi usporili automobil nakon što dostigne 1.600 km/h. Sled će biti sledeći:

– Pri brzini od 1.600 km/h će se najpre deaktivirati gas

– Pri brzini od 1.300 km/h će se aktivirati vazdušna kočnica

– Pri brzini od 950 km/h će se aktivirati prvi padobran

– Pri brzini od 650 km/h će se aktivirati drugi padobran ukoliko bude potrebe

– Pri brzini od 400 km/h će se aktivirati kočnice na točkovima

Vazdušne kočnice su instalirane na zadnjem delu automobila, sa svake strane ispred zadnjih točkova. Kada se rasklope, proizvešće dodatnih 6 tona otpora vazduha.

Padobrani su smešteni takođe u zadnjem delu vozila, i isti su kao oni upotrebljeni na Thrustu SSC. Oni će biti na razdaljini od 20 metara da bi se izbegla neposredna turbulencija iza automobila. Oni donose dodatni otpor od oko 9 tona.

Kada Bloodhound bude testiran u Njukveju, biće opremljen kočnicama od ugljeničnih vlakana, koje su iste kao one koje koriste avioni i performantni trkački automobili. Međutim, one jednostavno neće funkcionisati u ekstremnim pustinjskim uslovima u Južnoj Africi (eksplodirale su prilikom testiranja), tako da će u pustinji biti korišćene čelične kočnice.

Brže od zvuka
Bloodhound SSC će biti prvo, i verovatno dugi niz godina jedino vozilo sa točkovima koje će se kretati brže od zvuka. Zbog toga je je jedan od ključnih aspekata, kada je aerodinamika u pitanju, jedinstven za ovaj automobil. Reč je o supersoničnoj prirodi strujanja vazduha, odnosno prisustvu udarnog talasa i njegovoj interakciji sa tlom.

Probijanje takozvanog „zvučnog zida“ se dešava zbog načina na koji se šire zvučni talasi kroz vazduh.

U normalnim, podzvučnim okolnostima, svako telo, bez obzira da li je reč o čoveku koji trči ili bolidu Formule 1, prenosi kolebanja pritiska ispred sebe u formi zvučnih talasa. Ovi talasi prenose „informaciju“ molekulima vazduha ispred sebe, tako da oni unapred upozoravaju da neko telo dolazi i da treba da se „sklone s puta“. Međutim, kada telo putuje istom brzinom (soničnom) ili brže (supersoničnom) od zvučnih talasa, oni više ne mogu da prenose informaciju ispred sebe već se „gomilaju“ neposredno ispred vozila formirajući udarni talas koji se čuje kao probijanje „zvučnog zida“.

Kada se ovo desi, svojstva strujanja vazduha oko vozila (poput pritiska i gustine) ne variraju više glatko već se rapidno menjaju. Razumevanje kako ovi udarni talasi deluju na automobil i u kakvoj su interakciji sa pustinjskom površinom, bilo je ključno prilikom istraživanja na planu aerodinamike.

Aerodinamičko ponašanja individualnih komponenti ovog automobila je proučavano zajedno sa proučavanjem vozila u celini.

Oblikovanje strujanja oko osnove točkova u različitim konfiguracijama, bilo je veoma važno u razumevanju kako će ono međusobno dejstvo imati sa pustinjskom površinom. Ukupne dimenzije točkova su određene na početku, po specifikacijama strukturalnog integriteta. Nakon toga se u obzir uzela aerodinamika da bi se fino oblikovali detalji profila točkova, što je rezultiralo tipičnim šemama strujanja oko osnove prednjih točkova.

Sasvim je jasno da analiza pojedinačnih komponenti, poput usisnika mlaznog motora ili krilaca takođe ima svojih prednosti. Ipak, sve dok sve komponente ne budu sklopljene zajedno, i dok se ne analizira u potpunosti aerodinamičko ponašanje automobila, neće se u potpunosti uvideti na koji način komponente utiču jedne na druge u aerodinamičkom smislu.

Pored određivanja varijacija u uzgonu i otporu vazduha pri nadzvučnim brzinama, takođe pažnja mora da se obrati na to na koji način će napadni ugao i klirens uticati na vožnju. Tanan dizajn Bloodhounda je prilično neosetljiv na napadni ugao, tako da će efekat ove promenljive neznatno uticati uzgon, dok je bitan za stabilnost, a samim tim i bezbednost.

Pri brzini od 1.600 km/h, generišu se ogromne sile

Što se klirensa tiče, i on treba da je idealan. Pri brzini od 1.600 km/h, generišu se ogromne sile. Vertikalni aerodinamički pritisak je potreban, ali ne i previše, tako da treba da se pronađe idealno rastojanje od tla.

Bloodhound SSC bi trebalo da sledeće, 2016. godine napadne svetski brzinski rekord koji iznosi 1287 km/h, a postigao ga je Thrust SSC. Događaj će se održati na Hakskin Pan platou u Južnoafričkoj Republici. Automobilom će upravljati pilot RAF-a, Endi Grin.