除了在 20 世纪 60 年代和 70 年代短暂的中断之外，英国的工程师和赛车手在创造地球上最快汽车的陆地速度记录方面发挥了主导作用。从利德斯顿·霍恩斯特德的奔驰 3 号车开始，它在 100 年前打破了记录，达到 124 英里/小时，到目前的陆地速度记录保持者安迪·格林的“超音速推进号”，它在 1997 年跨越了超音速障碍，达到 763 英里/小时。
现在，“超音速推进号”背后的团队为自己设定了一个更具挑战性的目标，即在一辆名为“寻血猎犬号”的新车上达到 1000 英里/小时的陆地速度记录。实现此目标的预定日期是 2016 年，尝试地点将在南非的哈克斯基恩平原，他们在那里创建了一条长 12 英里、宽 2 英里的赛道。
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这样做的希望是激励新一代的英国工程师和科学家，在全球范围内推广英国工程技术，并推出将影响工程应用设计和支持英国经济的技术。
如何保持在地面上
距离我第一次与“超音速推进号”的领导者罗恩·艾尔斯和理查德·诺布尔坐下来交谈已经七年了。在那次会议上，我们讨论了这个想法，特别是将陆地车辆提升到 1000 英里/小时的空气动力学挑战。就在那次离奇的会面之后不久，下面这张照片出现在我在斯旺西大学的办公桌上（当时我正在那里完成博士学位）。
开始设计“寻血猎犬号”的一个关键问题是：我们如何才能让汽车保持在地面上？这很重要，因为如此高速行驶的汽车有起飞的危险，就像飞机一样。为了比较，一架典型的客机以大约 150 英里/小时的速度起飞。当然，提供给飞机的推力是为了让它起飞，但对于以 1000 英里/小时的速度行驶的汽车来说，空气动力学方面的任何错误都意味着灾难。尽管这种情况在最近的速度记录尝试中没有发生过，但 1967 年唐纳德·坎贝尔试图创造水上速度记录时发生的一个例子说明了可能会发生什么。
技术的发展和赛车手的勇气在整个上个世纪不断创造新的陆地速度记录。尽管第一个记录是在一辆电动汽车上创造的，但在上半个世纪的大部分时间里，记录都由活塞发动机驱动的车辆所主导。这些被称为内燃机的发动机几乎在所有现代汽油或柴油汽车中都能找到。使用这些发动机，记录只能达到 400 英里/小时。
为了突破这一界限，汽车制造商需要更大的动力。那时，他们转向喷气发动机和火箭来接替推进这些车辆的工作。这也是速度不断提高时，空气造成的阻力变得过于重要而无法忽视的时候。汽车的空气动力学在成功的陆地速度记录尝试中变得至关重要。
更快、更强、更流畅
空气动力学是研究空气在物体上流动以及由此在该物体上产生的力的学科。描述这种现象的数学方程非常复杂，以至于在超级计算机出现之前，几乎所有空气动力学研究都必须在风洞或火箭雪橇试验中进行。
然而，现在我们能够通过使用超级计算机求解这些方程来获得非常精确的数学模型。通过更强大的处理能力，计算机可以运行“虚拟”风洞测试。流动的建模必须精确到在微小长度和时间尺度上发生的混乱湍流。
但在研究这个问题时，我们意识到保持汽车的鼻子向下可能不是真正的问题。事实上，只要车头离地面的高度恰到好处，我们就可以通过确保车头下方和上方的流速平衡来保持车头几乎处于零升力状态。相反，问题在于如何保持汽车后部在地面上，这是由于大型外侧后轮和悬架产生的强烈冲击波造成的。
这种不可预见的空气动力学行为导致了为期 6 个月的后悬架优化研究，最终形成了最近在《汽车工程杂志》上发表的“三角整流罩”设计。这种设计有效地保护了车辆的底部和底侧，使其免受当汽车克服音速障碍时在后轮上产生的高压缓冲垫的影响。如果没有三角整流罩设计，“寻血猎犬号”会在大约 0.9 马赫（音速的 90%）的速度下从地面起飞，就像坎贝尔在 1967 年的汽车一样。
对数字的感觉
在早期的客厅对话中，我们没有预料到要让原始设计中的双进气分叉（分离式双进气）管道在整个速度范围内向 EJ200 喷气发动机压气机面提供合适的流量会如此困难。这最终导致我们恢复到驾驶舱顶棚上方的单个进气口。
在早期，我们对汽车的稳定性没有真正的“感觉”，这反过来意味着我们并不真正知道要让“尖头向前”需要多大的尾翼，用我们的车手安迪·格林的话说。
在空气动力学设计的最初几次迭代中，我们几乎完全专注于车辆的外部形状应该是什么样子，并且仍然在试图弄清楚 1000 英里/小时是否真的可能，我们不断地对计算机模拟预测的空气动力学性能感到惊讶。这并非无关紧要地令人感到紧张。我经常会参加工程设计会议，面对其他工程师，我的报告内容大概是“这是模拟所说的……我不知道为什么……给我时间”。
我们经历了一段相当长的工程设计之旅。下图显示了从 2007 年到当前设计（配置 12）的设计演变。您应该能够从这种设计演变的视角中发现一件事，即当我们接近最佳形状时。几何形状变化的程度已经变得越来越小。任何使用过任何形式的试错法的人，这本质上就是我们在工程设计中所做的事情，都会熟悉这一点。但是，更重要的是，正在发生的其他情况是，对几何外部进行更改所产生的空气动力学效应变得越来越可预测。
事实上，通过最近对车辆外部的细微改动，罗恩和我已经能够自信地凭直觉预测对空气动力学性能的影响，然后使用计算机模拟来检查这些直觉。作为一名空气动力学设计师，这是一个令人更加愉快的位置。
但是，随着我们接近将于 2015 年进行的车辆测试，问题在于这种可预测性是否会继续存在。作为一名学术研究人员，我希望尽可能多地了解计算机模拟在极端应用中的行为，在某种意义上，我希望答案是否定的。有新的一系列问题让我们困惑会更有趣。但是，现在，我们必须耐心并建造“寻血猎犬号”。需要创造新的陆地速度记录。
本·埃文斯为“寻血猎犬号”项目工作。
本文最初发表在The Conversation上。阅读原始文章。