摘要

Bloodhound SSC作为新一代超音速喷气/火箭动力汽车采用了欧洲台风战斗机上同类型的Rolls-RoyceEJ200 喷气发动机，并且在前车身外壳采用轻质碳纤维复合材料，其目标是冲击1,609km/h世界纪录。

如何实现超音速汽车减速一直是困扰该车研究人员的难题，因此借助仿真分析软件设计了一种冲压式空气制动器，该制动器采用了夹层结构，其中蒙皮结构使用的单向碳纤维预浸带使用了东丽M46J级PAN基高模量碳纤维。

1、关于高超音速赛车

1898年，一辆小型的法国Jeantaud Duc 电动汽车首个轮式车辆 63 公里/小时的陆地速度记录。一百年以后的1997年，Richard Noble 驾驶名为Thrust SSC的超音速喷气动力汽车创下了第一个超音速且至今仍未被打破的记录1227.985 公里/小时，该比赛记录是在美国内华达州的黑岩沙漠（Black Rock Desert）创下。

在创下1227.985 公里/小时记录后，被称为Bloodhound SSC的新一代超音速喷气/火箭动力汽车呼之欲出，原本Bloodhound SSC预计要在2019年南非的HakseenPan进行地表极速挑战，在先前的软件模拟分析以及测试之下，估计这辆燃气涡轮火箭车能够达到1,000mph(1,609km/h)的时速，但可惜的是由于经费原因该项目于2018年暂停。

为了超越先前的纪录，BloodhoundSSC使用了来自EurofighterTyphoon台风战机的Rolls-RoyceEJ200燃气涡轮引擎，加上一具喷射火箭，总共能够产生135,000匹马力。

虽然该车的唯一目的是追求极限速度，但是一些重大制约因素决定了它的设计，如必须采用轻质碳纤维复合材料制造纤细但高度弯曲的前车身外壳和发动机进气口，但是后面需要较重的铝/钛结构承受升高的火箭排气温度，这辆车长12.8m、重6.4吨，加速到1600km/h只需要40s。

2、高超音速赛车的制动系统

由于BloodhoundSSC动力系统采用在欧洲台风战斗机上同类型的Rolls-RoyceEJ200 喷气发动机和来自 Nammo 的 5 个火箭引擎，BloodhoundSSC将仅在3.6秒内创记录跑了1.6公里长。

为使BloodhoundSSC能够在 19.3 公里湖床试车道边界内停下，工程师将依靠强大的空气动力学阻力使汽车降到约 1300 公里/小时，然后，两个从动冲压式制动器，汽车每侧一个，将会像门一样从机身上朝外打开。与飞机减速板一样，这种设计使汽车的速度降到 300 公里/小时，此时车轮制动器开始工作。

采用美国密歇根州特洛伊的澳汰尔公司的 HyperMesh 和HyperWorks 软件建立了空气制动器门的有限元分析（FEA）模型——通过采用空气制动器门CAD 模型的中面，并在此表面上建立 2D 单元网格。为了在模型分析中精确地表现整个装配的刚度，以同样的方式对四个铰接装置中的每一个建立中面模型。

对于空气制动器，首先保守地假设门在汽车450米/秒的高速下展开，Fluent 运用门状态和速率的五种结合来计算空气压力载荷并输入 FEA 模型。除固体铝板外，模型材料都是夹层结构，蒙皮是用Cytec航空材料公司的 MTM49-3 单向碳纤维预浸料带和编织 2×2 斜纹预浸料制成，预浸料带来自日本东丽M46J级PAN基高模量碳纤维，斜纹预浸料是由东丽 T700 纤维组成。芯材是赫氏公司的铝蜂窝结构。

高性能碳纤维复合材料空气制动器设计示意图

在实际设计时最终研究了四种门的设计：1）单层铝片，40mm厚；2）复合材料夹层板，6mm厚的UD面板和38mm厚的芯子；3）复合材料夹层结构，7mm厚的编织预浸料面板和36mm厚的芯；4）复合材料夹层结构，7mm厚的面板，是由 UD 带和预浸料织物混合制成，和38mm厚的芯子。7mm的面板大约需要 28 层铺层。

四种空气制动器设计显示了 Von-Mises 应力，从左上方顺时针方向：40 毫米厚的铝；夹层板，面板为碳纤维单向带，芯子厚度 38 毫米；夹层板，面板为 7 毫米厚的编织碳纤维预浸料，芯子厚度 36 毫米；夹层板，面板为 7 毫米，由单向和编织材料混合而成，芯子厚度 38米

结果显示铝设计制动器具有最小的最大挠度，但其重量大约是复合材料的四倍，且具有很低的一阶固有频率（61Hz），这说明当展开时具有不良振动的倾向。经过有限元分析（FEA）显示复合材料具有较好的频率响应，因此在工作时振动小。

3、结束语

虽然BloodhoundSSC最终因经费情况而搁浅，但是其在设计中许多先进思路为后续加工提供了一些参考，如空气制动器系统概念原本来源于高速航空，含有高模量碳纤维的夹层结构在空气制动器设计也会为高超速航空应用提供了一定设计思路。