Geomagic逆向工程助力“北美之鹰”创下陆上极速纪录

 2012年，该团队进入速度测试阶段，集成了更先进的遥测技术、高速降落伞和磁性防抱死制动系统等。募集资金是这支团队一直以来面对的大问题之一。目前募集到的金额正在不断增加。此外，包括Valerie Thompson（摩托车陆上极速赛车手）在内的车手和一些专职工程师均已加入这支团队。

 但是，梦寐以求的高速测试，并不是轻易就能获得胜利的——英国和澳大利亚也都在竞争中，理查德?诺贝尔的BloodhoundSSC也将在年底进行测试。谁会赢？英国队拥有大量的资金作为后盾，北美团队看上去似乎是不可能夺冠。但是，历史已经反复证明，世界上所有的资金赞助都敌不过一支优秀的工程团队——再加点小运气。北美之鹰队也许会胜出。

 1998年，该团队开始对Lockheed F-104星式喷气战斗机进行改造，以适应地面使用。这支位于华盛顿州的团队利用空闲和周末时间改造机体。与此同时，工程师还研制了悬挂、制动和车轮系统。改造和测试喷气发动机，为北美之鹰提供动力。车辆初具雏形，工程团队意识到成功的关键之一是确保车辆具有完美的空气动力学性能和抗冲击性能。

 为此，需要先进的计算流体动力学（CFD）和有限元分析软件。而在这之前，一辆完美的3D模型车是必需的。

“最初，我们想在CAD系统中从头开始建模，”团队创始人之一的Ed Shadle说，“但是，我们很快意识到没法通过手工测量来制作模型。我们构想的形状实在太复杂、太特别，以致于难以手工订制”。

 在阅读了有关3D逆向工程的信息后，Ed 和Keith与3D Systems公司进行了交流。所谓3D逆向工程，是指3D扫描数据，然后将扫描结果移至可用的3D数据中。3D Systems的Geomagic提供软件，能将扫描数据创建成高度准确、可用的3D数据，以供工程、设计和制造用途。3D Systems公司派了部分Geomagic团队成员参与北美之鹰的项目，很快该项目就开工了。

 采用FARO的激光3D扫描仪和Capture3D技术，扫描车辆后，创建出含三千万个点的点云。据此，Geomagic Design X软件快速读取并将其转化成精确的可用3D数据。将3D模型导入CFD和FEA软件，以辅助整个团队研究气流、测量震波的效果，以及不同材料对性能的影响等众多问题。

“自从拥有了可分析的3D数据，我们就快速、大胆地勇往直前，”团队创始人之一的Keith Zanghi说，“我们发现，空气动力学的问题应该在测试前得到解决。但更重要的是，我们开始意识到，车身的改动也会对车辆的整体性能、稳定性和安全性产生至关重要的影响。这就是从绝妙创意转为可行车辆的关键点。”

（译注：音障是指飞行器速度接近音速时，会追上自己发出的声波造成震波，进而对加速产生障碍的现象。进入超音速后，航空器前端起会产生一股圆锥形的音锥，在旁观者听来有如爆炸一般，称为音爆或声爆。）

“北美之鹰”冲击速度纪录面临着诸多挑战，其中一个大障碍就是音障。在时速超过350英里(约合每小时563公里)情况下，橡胶轮胎会因与地面摩擦产生的高温熔化，为此，“北美之鹰”使用了定制的单坯锭铝合金车轮。车轮上刻有凹槽，以便在柔软的路面上牵引汽车。但在沥青或者混凝土路面上，这种车轮便形同虚设。“北美之鹰”的制动系统采用特殊的合金磁铁，磁鼓靠近移动的铝合金车轮时可产生4700制动马力。刹车过程中，“北美之鹰”会逐渐停止前进脚步，而不是让车轮停止运转。

 挑战过程中，无法精确估量的便是音障。在天空中，这种冲击波会慢慢消散，但在陆地上，音障却可从地面弹起而后将汽车弹向空中。由于每一款汽车都是独一无二的，每次解决音障问题也不得不采取不同的方式。在此过程中，电脑建模虽然扮演了重要角色，但也只是在某种程度上。

 自2006年以来，“北美之鹰”汽车和它的研发团队持续进行着苛刻的测试，从时速200英里提高到441米。每一次提速，都要回到实验室重新开始设计、搞出新发明。新技术必须能承受地面驾驶时突破音障所带来的震波。

该项研究和创新意味着，这支团队已经研发出新的磁性制动系统，时速800英里时能够生成3600制动马力，而不发生任何损耗。为了达到机器的运行速度，必须设计和制造新的高速轴承和特种润滑油，以保障950英里时速下的车轮安全性。全新材料的高速降落伞，用于确保车辆能停下来。团队一直在测试nanolaminate材料（译注：纳米级的复合材料层压板）——这是美国军方在研究的材料。

上图：对3D模型进行气流扰动测试

上图：在美国加州莫哈韦沙漠的埃尔·莫拉吉干湖床测试

 当时，全世界都在关注几个月后即将到来的高速测试，拭目以待这辆北美之鹰是否能让其设计者的梦想成真。

上图：美国著名脱口秀主持人Jay Leo为此项目提供大力支持

【2013年9月更新：】二周后，他们前往沙漠进行高速测试。希望车手Jessie Combs能突破女性车手陆上极速纪录。目前的纪录为512英里/小时，由Kitty O”Neil在1976年创造。

上图：美女车手Jessi Combs

【2013年10月更新：】10月8日，Jessi Combs打破了女性车手陆上极速纪录，往返平均速度为344英里/小时。之前，国际汽联记录的女性陆上极速记录为308英里/小时，由Lee Breedlove （前陆上极速记录保持者Craig Breedlove的妻子）于1965年创造。Combs驾驶北美之鹰超音速挑战者号，在俄勒冈州东南部阿尔沃德沙漠完成了该项新记录。这里实际为一片干涸的湖床。

上图：“北美之鹰”工作小组