除了在 20 世纪 60 年代和 70 年代有短暂的间歇期，英国的工程技术和车手在创造地球上最快汽车的陆地速度记录方面一直扮演着主导角色。从 100 年前 Lydston Hornsted 的 Benz No. 3 创造 124 英里/小时的记录，到 1997 年现任陆地速度记录保持者 Andy Green 的 Thrust SSC 突破音障达到 763 英里/小时。
如今，Thrust SSC 的幕后团队为自己设定了一个更具挑战性的目标：在名为 Bloodhound SSC 的新车上达到1000 英里/小时的陆地速度记录。实现这一目标的计划日期是 2016 年，地点将在南非的 Hakskeen Pan，在那里他们已经建造了一条长 12 英里、宽 2 英里的赛道。
这样做的希望是激励新一代英国工程师和科学家，在全球范围内推广英国工程技术，并衍生出影响工程应用设计并提振英国经济的技术。
如何保持在地面上
距离我第一次与领导 Thrust SSC 的 Ron Ayers 和 Richard Noble 坐下来讨论至今已有七年。在那次会议上，我们讨论了这个想法，特别是让陆地车辆达到 1000 英里/小时的空气动力学挑战。在那次奇特的会面之后不久，下面的图片就出现在我在斯旺西大学（当时我正在那里完成博士学位）的办公桌上。
图 1：尚未命名的 Bloodhound LSR 车辆的早期艺术构思
在开始设计 Bloodhound 时，一个关键问题是：我们如何能让汽车保持在地面上？这很重要，因为如此高速的汽车有像飞机一样起飞的风险。作为比较，一架典型的客机大约在 150 英里/小时时起飞。当然，飞机所提供的推力是为了让其起飞，但对于以 1000 英里/小时行驶的汽车来说，空气动力学上的任何失误都将是灾难性的。尽管最近的速度记录尝试中没有发生这种情况，但 1967 年 Donald Campbell 试图创造水速记录的例子说明了可能出现的问题。
技术的发展和车手的勇气在过去一个世纪里不断创造新的陆地速度记录。尽管第一项记录是由电动汽车创造的，但上个世纪前半叶的记录大多由活塞发动机驱动的车辆主导。这些我们称之为内燃机的发动机，几乎存在于所有现代汽油或柴油汽车中。使用这些发动机，记录最高只能达到 400 英里/小时。
为了进一步突破，汽车制造商需要更大的动力。那时他们转向了喷气发动机和火箭来承担驱动这些车辆的任务。这也是随着速度不断提高，空气阻力变得越来越重要而无法忽视的时期。汽车的空气动力学设计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流过物体时的情况及其对物体产生的力的学问。描述这种现象的数学方程非常复杂，直到几十年前超级计算机问世之前，几乎所有的空气动力学研究都只能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，获得非常精确的数学模型。凭借更强大的处理能力，计算机可以进行“虚拟”风洞测试。流动必须被建模到精确到微小长度和时间尺度上发生的混乱湍流。
但在解决问题的过程中，我们意识到让汽车的头部保持向下可能不是真正的问题。事实上，只要鼻部离地高度合适，我们就能通过确保鼻部下方和上方的气流速率平衡，使汽车前部几乎保持升力中性。相反，问题是由于大型外置后轮和悬架产生的强大冲击波，如何将汽车后部保持在地面上。
这种意想不到的空气动力学行为导致了为期 6 个月的后悬架优化研究，最终产生了“三角翼整流罩”设计，该设计最近发表在《汽车工程杂志》上。该设计有效地保护了车辆底部和下部免受当汽车突破音速时在后轮上产生的 the high-pressure cushion 的影响。如果没有三角翼整流罩设计，Bloodhound 将在大约 0.9 马赫（音速的 90%）时离地，就像 1967 年 Campbell 的车辆一样。
数字的感知
在那些早期的客厅谈话中，我们没有预料到将原设计中的双进气分流（分裂式双进气）管道在整个速度范围内为 EJ200 喷气发动机压缩机提供合适流量会如此困难。这最终导致我们恢复到驾驶舱罩上方单个进气口的设计。
在早期，我们对汽车的稳定性没有真正的“感觉”，这意味着我们也不知道需要多大的尾翼才能在我们的车手 Andy Green 所说的“保持车头朝前”的情况下保持稳定。
在前几版的空气动力学设计中，我们几乎完全专注于车辆外部形状应该是怎样的，并试图弄清楚 1000 英里/小时是否可能，我们不断被计算机模拟预测的空气动力学性能所震惊。这有些令人紧张。我通常会参加工程设计会议，面对其他工程师，我的报告大概是“这是模拟显示的结果……我不知道为什么……给我时间”。
近期 Bloodhound CFD 流动可视化，显示了流带和压力颜色轮廓
我们经历了一段漫长的工程设计旅程。下图展示了从 2007 年到当前设计（配置 12）的设计演变。从设计演变图中，您应该能注意到，随着我们不断优化最佳形状，几何形状的变化程度越来越小。任何使用过任何形式的试错法（这本质上是我们工程设计中要做的事情）的人都会对此感到熟悉。但更重要的是，正在发生的是，改变几何外形所带来的空气动力学影响变得越来越可预测。
BLOODHOUND 外部形状从配置 0 到配置 12 的设计演变
事实上，通过对车辆外形进行的最近一次、细微的改变，Ron 和我已经能够凭直觉自信地预测其对空气动力学性能的影响，然后利用计算机模拟来验证这些直觉。作为一名空气动力学设计师，这是一个更令人欣慰的局面。
流动的表面捕捉到了 Bloodhound 部署空气刹车后下游的复杂流动
但随着我们接近 2015 年的车辆测试，问题将是这种可预测性是否会继续。作为一名学术研究员，我希望尽可能多地了解计算机模拟在极端应用中的行为，从某些方面来说，我希望答案是否定的。出现一套新的问题来让我们困惑会更有趣。但现在，我们必须耐心等待，让 Bloohound 建造起来。新的陆地速度记录需要被创造。
Ben Evans 供职于 Bloodhound SSC 项目。
本文最初发表在 The Conversation。阅读原文。
