1.2秒破百算不算地表最強?揭開特斯拉火箭推進器的秘密

2020-12-16 牛車網

近日,特斯拉Roadster的最新消息浮出水面,一張性能參數圖引起了網絡熱議,high點也很簡單粗暴,就是這個百公裡加速成績1.2秒,0-400米加速6.5秒的驚人數據讓人渾身起雞皮疙瘩。不僅如此,最高續航1300公裡,最高時速可達430公裡每小時。綜上所述,剎那間,我有自己在看宇宙飛船的參數表的錯覺。不僅如此,通過選裝SpaceX低溫氣體助推器,這臺車制動距離可以做到14米,這實在是太誇張了。今天我們就來看看這個地表最強的「宇宙飛船」是如何做到這樣的成績的?

這張圖其實中間部分是標準的量產數據,而最後一列是選裝了空氣推進器的配置,憑藉SpaceX的推進器,新款Roadster毫無疑問能拿到全球加速最快量產車的頭銜。即使沒有這個變態的升級包,1.9 秒的加速成績也能讓它躋身世界最快跑車的行列。歐洲巨頭們折騰了一百年的加速性能,被特斯拉在幾年內徹底碾壓,而且提升的還不止一點點——Roadster 的這個記錄,幾乎將目前量產最強性能車的成績提升了一倍。有一個算一個,量產車中決無對手。

#SpaceX低溫氣體助推器有多強?

憑藉SpaceX的「火箭」推進器,新款特斯拉Roadster便擁有了可以百公裡加速1.1 秒的恐怖加速能力。馬斯克曾發文表示,SpaceX推進器開啟的時候,能讓 Roadster 保持懸浮狀態。


如果你熟悉改裝就會知道,馬力無限大並不是提升加速成績的唯一因素。一切還得看輪胎的抓地力,而SpaceX推進器就解決了這個問題。SpaceX推進器的特斯拉Roadster為什麼能在 1.1 秒完成 0-100公裡每小時的加速?我們從網上找到了一組公式,或許能說明問題:

60mph=26.8 米/秒,鑑於其 0-60 加速只需 1.9 秒,因此 26.8=a x(1.9),由此推導出 a=14.1 m/s,換算成 G 值則為 1.44。

知道了加速度 a,我們下一步要計算出 F。

在這裡,我們要用上另外一個物理學公式,即 T = F x r。

其中,T 為輪上扭矩,F 為輪上牽引力,r 為輪胎半徑。

圖:SpaceX推進器的安裝位置

從曝光的原型車圖片來看,Roadster 前輪規格為 265/35 R20,而後輪則是 325/30 R21。

通過計算可得出其輪胎平均直徑為 710 毫米(28 英寸),所以這裡的 r 為 355 毫米。

將數據套入公式,即 10000 N·M=F(0.355),最終得出 F=28170 N。

接下來,我們就能算出車重了,帶入上面所得數據可得 28170 N=m(14.1 m/s),因此 m 車重約為 2000 公斤。

而F=G x ISP x m。

其中,F 代表火箭推力,G 是重力值,ISP 為比衝,而 m 則是質量流率。

鑑於公式裡有 4 個變量,因此找到其中 3 個就能解開謎題。

但可惜的是,我們只知道重力值(9.81)。

從技術角度來講,ISP 值主要基於設計和燃料。

一般來說,宇宙飛船的比衝可達 350s(用了化學燃料),而低溫氣體助推器最大則為 70s 左右(氮氣最大為 73s)。

所以,這裡的 ISP 我們暫時用 70s 來代替。

現在,想算出 F 值就差 m 一個變量了。

SpaceX推進器的推力「F」至少等於車重乘以重力值,即 2000 公斤乘以 9.81 m/s,也就是 20000 N。如果要想算上駕駛員和行李等,推力就得更大一些。假設為 21000 N,其向上的 G 值為 1.05。

還是之前的公式:26.8=a x 9.81 x(t)。

這裡的 a 為 1.44 1.05,因此 t(時間)為 1.1 秒。如果推進器超過 25000 N,那麼其加速就能跑進 1 秒之內。

目前剎車最強悍的保時捷911 GT2 RS,60-0mph(約等於100公裡每小時剎停)的剎車距離為 27 米。經過計算,有了火箭反推助力的特斯拉Roadster能在14米內穩穩的停下來。要知道100公裡,1.2秒加速度,就可以是1.2秒減速度,十幾米的剎車距離並不是空話。

最後:

要實現如此強悍的性能,Roadster 的高壓氣罐得存有大量的氣體才可以,這裡還是要用到 F=G x ISP x m 這個公式,推導出 m 為 30 公斤/秒。也就是說,想用上火箭助推,每秒就要噴出 30 公斤的氣體。顯然,一罐氣最多也就夠 Roadster 維持一兩秒時間,畢竟它消耗太大了。

特斯拉Roadster有4座版本和2座版本,兩座版本拆掉了後面兩個座椅,而騰出的空間則留給了高壓氣罐,裡面的氣體壓力高達10000 psi,車輛周圍則設置了10個助推器。這臺車設置了一塊專用電池來驅動泵,而泵則負責控制高壓氣罐,需要的時候就能通過助推器噴出高壓氣體,助推車輛提速。(上文部分公式計算來自資料和網絡)如果你是理工科並對此感興趣,可以自己推導一下。

就從目前的信息來看,這款跑車的起售價為20萬美元(141.384萬元),與一輛配置中等的保時捷Taycan Turbo S大致相當。這臺車有可能會於2021年在其弗裡蒙特工廠生產。目前,該工廠正在生產Model S和Model X。

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