प्रणोद

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जनरल डायनेमिक्स F-16 लड़ाकू विमान दोनों को शक्ति प्रदान करता है।

प्रणोदक एक प्रतिक्रिया (भौतिकी) बल (भौतिकी) है जिसे न्यूटन के तीसरे नियम द्वारा मात्रात्मक रूप में वर्णित किया गया है। जब कोई प्रणाली द्रव्यमान को एक दिशा में बाहर निकालती या त्वरित करती है, तो त्वरित द्रव्यमान उस प्रणाली पर लागू होने के लिए समान परिमाण (वेक्टर) लेकिन विपरीत दिशा के बल का कारण बनती है।

सतह पर लंबवत या सामान्य वेक्टर दिशा में सतह पर लगाया गया बल भी प्रणोदक कहलाता है। इस प्रकार प्रणोदक बल, न्यूटन (यूनिट) में इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (एसआई) का उपयोग करके मापा जाता है, और 1 मीटर प्रति सेकंड वर्ग की दर से 1 किलोग्राम द्रव्यमान में तेजी लाने के लिए आवश्यक राशि का प्रतिनिधित्व करता है। मैकेनिकल इंजीनियरिंग में, मुख्य भार (जैसे समानांतर पेचदार गियर में) के लिए ओर्थोगोनल बल को स्थिति-विज्ञान के रूप में जाना जाता है।

उदाहरण

जब हवा को उड़ान के विपरीत दिशा में धकेला जाता है तो फिक्स्ड-विंग विमान संचालक शक्ति प्रणाली आगे की ओर प्रणोदक उत्पन्न करता है। यह अलग-अलग तरीकों से किया जा सकता है जैसे प्रोपेलर (विमान) के कताई ब्लेड, जेट इंजिन के प्रोपेलिंग जेट या रॉकेट इंजन से गर्म गैसों को बाहर निकालना। परिवर्तनीय-पिच प्रोपेलर ब्लेड की पिच को उलट कर या जेट इंजन पर प्रणोद रिवर्सल का उपयोग करके लैंडिंग के बाद ब्रेक लगाने में सहायता के लिए रिवर्स प्रणोदक उत्पन्न किया जा सकता है। रोटरी विंग विमान रोटर्स और प्रणोदक वेक्टरिंग वी/एसटीओएल एयरक्राफ्ट का उपयोग प्रोपेलर या इंजन प्रणोदक का उपयोग विमान के वजन का समर्थन करने और आगे संचालक शक्ति प्रदान करने के लिए करता है।

मोटरबोट मोटर जब घूमता है तो बल उत्पन्न करता है और पानी को पीछे की ओर धकेलता है।

राकेट इंजन नोजल के माध्यम से दहन कक्ष से त्वरित निकास गैस के संवेग परिवर्तन की समय-दर के परिमाण के बराबर, लेकिन विपरीत दिशा में एक रॉकेट को आगे बढ़ाया जाता है। यह रॉकेट के संबंध में निकास वेग है, समय-दर जिस पर द्रव्यमान को निष्कासित किया जाता है, या गणितीय शब्दों में:

$\mathbf {T} =\mathbf {v} {\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}$

जहां टी उत्पन्न प्रणोद (बल) है, ${\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}$ समय के संबंध में द्रव्यमान परिवर्तन की दर है (निकास की द्रव्यमान प्रवाह दर) है, और v रॉकेट के सापेक्ष मापी गई निकास गैसों का वेग है।

रॉकेट के ऊर्ध्वाधर लॉन्च के लिए लिफ्टऑफ पर प्रारंभिक प्रणोद भार से अधिक होना चाहिए।

तीन अंतरिक्ष शटल अंतरिक्ष यान का मुख्य इंजन में से प्रत्येक 1.8 मेगान्यूटन का प्रणोदक पैदा कर सकता है, और प्रत्येक अंतरिक्ष शटल के दो स्पेस शटल सॉलिड रॉकेट बूस्टर 14.7 MN (3,300,000 lbf), कुल मिलाकर 29.4 मिलियन है। इसके विपरीत, ईवा बचाव के लिए सरलीकृत सहायता (SAFER) में 3.56 N (0.80 lbf) प्रत्येक के 24 प्रणोदर हैं। वायु-श्वास श्रेणी में,एएमटी-यूएसए एटी-180 जेट इंजन रेडियो-नियंत्रित विमान के लिए विकसित किया गया है जो एन (20 पाउंड-बल) का प्रणोद पैदा करता है। GE90-115B इंजन बोइंग 777 -300ER पर फिट किया गया है, जिसे गिनीज बुक ऑफ वर्ल्ड रिकॉर्ड्स द्वारा "दुनिया के सबसे शक्तिशाली वाणिज्यिक जेट इंजन" के रूप में मान्यता प्राप्त है, 569 kN (127,900 lbf) का प्रणोद है, जब तक कि इसे जनरल इलेक्ट्रिक GE9X द्वारा पार नहीं कर लिया गया था। 609 kN (134,300 lbf) पर आगामी बोइंग 777X पर फिट किया गया।

अवधारणाएं

सत्ता पर प्रणोद

प्रणोदक उत्पन्न करने के लिए आवश्यक शक्ति और प्रणोदक के बल को अरेखीय तरीके से संबंधित किया जा सकता है। सामान्य रूप में, $\mathbf {P} ^{2}\propto \mathbf {T} ^{3}$. आनुपातिकता स्थिरांक बदलता रहता है, और एक समान प्रवाह के लिए हल किया जा सकता है, जहाँ $v_{\infty }$ आने वाली वायु वेग है, $v_{d}$ एक्चुएटर डिस्क पर वेग है, और $v_{f}$ अंतिम निकास वेग है:

${\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}=\rho A{v}$

$\mathbf {T} ={\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}{v_{f}-v_{\infty }},{\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}=\rho Av_{d}$

$\mathbf {P} ={\frac {1}{2}}{\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}(v_{f}^{2}-v_{\infty }^{2}),\mathbf {P} =\mathbf {T} v_{d}$

डिस्क पर वेग के लिए समाधान, $v_{d}$, तो हमारे पास है:

$v_{d}={\frac {1}{2}}(v_{f}-v_{\infty })$

जब आने वाली हवा को एक ठहराव से त्वरित किया जाता है - उदाहरण के लिए जब मँडरा रहा हो - तब $v_{\infty }=0$, और हम पा सकते हैं:

$\mathbf {T} ={\frac {1}{2}}\rho A{v_{f}}^{2},\mathbf {P} ={\frac {1}{4}}\rho A{v_{f}}^{3}$

यहाँ से हम देख सकते हैं $\mathbf {P} ^{2}\propto \mathbf {T} ^{3}$ संबंध, खोज:

$\mathbf {P} ^{2}={\frac {\mathbf {T} ^{3}}{2\rho A}}$

आनुपातिकता स्थिरांक का व्युत्क्रम, एक अन्यथा-परिपूर्ण प्रणोदर की "दक्षता", द्रव के प्रवाहित आयतन के अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल के समानुपाती होता है ($A$) और तरल पदार्थ का घनत्व ($\rho$). यह समझाने में मदद करता है कि पानी के माध्यम से आगे बढ़ना क्यों आसान है और क्यों विमान में जलयान की तुलना में बहुत बड़े संचालक शक्ति होते हैं।

प्रणोदक शक्ति पर प्रणोद

एक बहुत ही साधारण सवाल यह है कि जेट इंजन की प्रणोदक रेटिंग की तुलना पिस्टन इंजन की पावर रेटिंग से कैसे की जाए। ऐसी तुलना कठिन है, क्योंकि ये राशियाँ समतुल्य नहीं हैं। एक पिस्टन इंजन अपने आप में विमान को स्थानांतरित नहीं करता है (संचालक शक्ति ऐसा करता है), इसलिए पिस्टन इंजन सामान्य रूप से संचालक शक्ति को शक्ति प्रदान करते हैं, इसका मूल्यांकन किया जाता है। तापमान और वायु दाब में बदलाव को छोड़कर, यह मात्रा मूल रूप से थ्रॉटल सेटिंग पर निर्भर करती है।

एक जेट इंजन में कोई संचालक शक्ति नहीं होता है, इसलिए जेट इंजन की प्रणोदक शक्ति इसके प्रणोदक से निर्धारित होती है। शक्ति बल है (एफ) यह कुछ दूरी पर कुछ स्थानांतरित करने के लिए लेता है (डी) समय से विभाजित होता है (टी) उस दूरी को स्थानांतरित करने में लगता है:

$\mathbf {P} =\mathbf {F} {\frac {d}{t}}$

रॉकेट या जेट विमान के मामले में, बल इंजन द्वारा उत्पादित प्रणोदक (T) है। यदि रॉकेट या विमान एक स्थिर गति से आगे बढ़ रहा है, तो समय से विभाजित दूरी केवल गति है, इसलिए शक्ति प्रणोदन की गति है:

$\mathbf {P} =\mathbf {T} {v}$

यह सूत्र बहुत आश्चर्यजनक लगता है, लेकिन यह सही है: एक जेट इंजन की प्रणोदन शक्ति (या शक्ति उपलब्ध ) इसकी गति के साथ बढ़ती है। अगर गति शून्य है, तो प्रणोदन शक्ति शून्य है। यदि एक जेट विमान पूर्ण थ्रॉटल सेटिंग रहा है, लेकिन एक स्थिर परीक्षण स्टैंड से जुड़ा हुआ है, तो जेट इंजन प्रणोदक शक्ति उत्पन्न नहीं करता है, हालांकि अभी भी प्रणोदक उत्पन्न होता है। संयोजन पिस्टन इंजन -प्रोपेलर में भी ठीक उसी सूत्र के साथ प्रणोदन शक्ति होती है,और यह शून्य गति पर भी शून्य होगा - लेकिन यह इंजन-संचालक शक्ति सेट के लिए है। चाहे विमान चल रहा हो या नहीं, अकेले इंजन एक स्थिर दर पर अपनी रेटेड शक्ति का उत्पादन करना जारी रखेगा।

अब, कल्पना करें कि मजबूत श्रृंखला टूट गई है, और जेट और पिस्टन विमान चलना प्रारम्भ हो गए हैं।

पिस्टन इंजन