विशिष्ट आवेग: Difference between revisions
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'''विशिष्ट आवेग''' (सामान्यतः संक्षिप्त {{math|1=''आई''<sub>एसपी</sub>}}) एक प्रतिक्रिया द्रव्यमान इंजन (ईंधन का उपयोग कर एक [[रॉकेट इंजन]] या ईंधन का उपयोग कर [[जेट इंजिन]]) कितनी कुशलता से थ्रस्ट देता है इसका एक उपाय है। इंजनों के लिए जिनकी प्रतिक्रिया द्रव्यमान केवल उनके द्वारा ले जाने वाला ईंधन है, विशिष्ट आवेग प्रभावी निकास गैस वेग के समानुपाती होता है। | |||
उच्च विशिष्ट आवेग वाली प्रणोदन प्रणाली प्रणोदक के द्रव्यमान का अधिक कुशलता से उपयोग करती है। रॉकेट के प्रकरण में, इसका मतलब है कि दिए गए [https://alpha.indicwiki.in/Index.php?title=%E0%A4%A1%E0%A5%87%E0%A4%B2%E0%A5%8D%E0%A4%9F%E0%A4%BE-%E0%A4%B5%E0%A5%80 डेल्टा-]वी के लिए कम प्रणोदक की आवश्यकता है,<ref name="QRG13">{{cite web|url=http://www.qrg.northwestern.edu/projects/vss/docs/propulsion/3-what-is-specific-impulse.html|title=विशिष्ट आवेग क्या है?|publisher=Qualitative Reasoning Group|access-date=22 December 2009}}</ref><ref name="ars201304143">{{cite web|last=Hutchinson|first=Lee |title=नया F-1B रॉकेट इंजन 1.8M lbs थ्रस्ट के साथ अपोलो-एरा डिज़ाइन को अपग्रेड करता है|url=https://arstechnica.com/science/2013/04/new-f-1b-rocket-engine-upgrades-apollo-era-deisgn-with-1-8m-lbs-of-thrust/ |access-date=15 April 2013 |website=[[Ars Technica]] |date=14 April 2013 |quote=रॉकेट की ईंधन प्रभावशीलता के माप को इसका विशिष्ट आवेग कहा जाता है (संक्षिप्त रूप में 'आईएसपी' - या अधिक उचित रूप से आईएसपी) .... 'द्रव्यमान विशिष्ट आवेग ... एक रासायनिक प्रतिक्रिया की जोर-उत्पादक प्रभावशीलता का वर्णन करता है और यह सबसे आसानी से होता है समय की एक इकाई में जलाए गए ईंधन और ऑक्सीडाइज़र प्रणोदक के प्रत्येक पाउंड (द्रव्यमान) द्वारा उत्पादित थ्रस्ट बल की मात्रा के रूप में माना जाता है। यह रॉकेट के लिए मील प्रति गैलन (mpg) के माप की तरह है।'}}</ref> ताकि इंजन से जुड़ा वाहन अधिक कुशलता से ऊंचाई और वेग प्राप्त कर सके। | |||
विशिष्ट आवेग | एक वायुमंडलीय संदर्भ में, विशिष्ट आवेग में बाहरी हवा के द्रव्यमान द्वारा प्रदान किए गए आवेग में योगदान शामिल हो सकता है जो किसी तरह से इंजन द्वारा त्वरित किया जाता है, जैसे कि आंतरिक टर्बोफैन या ईंधन दहन भागीदारी द्वारा ताप , फिर जोर विस्तार या बाहरी प्रोपेलर द्वारा। जेट इंजन दहन और बाय-पास दोनों के लिए बाहरी हवा में सांस लेते हैं, और इसलिए रॉकेट इंजनों की तुलना में बहुत अधिक विशिष्ट आवेग होते हैं। खर्च किए गए प्रणोदक द्रव्यमान के संदर्भ में विशिष्ट आवेग में प्रति समय दूरी की इकाइयाँ होती हैं, जो एक काल्पनिक वेग है जिसे प्रभावी निकास वेग कहा जाता है। यह वास्तविक निकास वेग से अधिक है क्योंकि दहन वायु के द्रव्यमान का हिसाब नहीं दिया जा रहा है। निर्वात में चलने वाले रॉकेट इंजनों में निकास का वास्तविक और प्रभावी वेग समान होता है। | ||
विशिष्ट आवेग संबंधआई<sub>एसपी</sub> = 1/(जो· एसएफसी) के लिए [[विशिष्ट ईंधन खपत]] (एसएफसी) के व्युत्क्रमानुपाती होता है, एसएफसी के लिए किग्रा/(एन·एस) में और आई<sub>एसपी</sub> = 3600/एसएफसी के लिए एलबी/(एलबीएफ·घंटा) में। | |||
== सामान्य विचार == | == सामान्य विचार == | ||
प्रणोदक की मात्रा या तो द्रव्यमान या भार की इकाइयों में मापी जा सकती है। यदि द्रव्यमान का उपयोग किया जाता है, तो विशिष्ट आवेग द्रव्यमान की प्रति इकाई एक [[आवेग (भौतिकी)]] है, जो [[विमीय विश्लेषण]] गति की इकाइयों को दिखाता है, विशेष रूप से '''प्रभावी निकास वेग'''। जैसा कि एसआई ( | प्रणोदक की मात्रा या तो द्रव्यमान या भार की इकाइयों में मापी जा सकती है। यदि द्रव्यमान का उपयोग किया जाता है, तो विशिष्ट आवेग द्रव्यमान की प्रति इकाई एक [[आवेग (भौतिकी)]] है, जो [[विमीय विश्लेषण]] गति की इकाइयों को दिखाता है, विशेष रूप से '''प्रभावी निकास वेग'''। जैसा कि एसआई (एसआई) प्रणाली द्रव्यमान आधारित है, इस प्रकार का विश्लेषण सामान्यतः मीटर प्रति सेकंड में किया जाता है। यदि एक बल-आधारित इकाई प्रणाली का उपयोग किया जाता है, तो आवेग को प्रणोदक भार (वजन बल का एक उपाय है) से विभाजित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप समय (सेकंड) की इकाइयां होती हैं। ये दो योग पृथ्वी की सतह पर मानक [[गुरुत्वाकर्षण त्वरण]] (जी0) द्वारा एक दूसरे से भिन्न होते हैं। | ||
प्रति इकाई समय में एक रॉकेट (उसके प्रणोदक सहित) के संवेग परिवर्तन की दर थ्रस्ट के बराबर होती है। उच्च विशिष्ट आवेग, एक निश्चित समय के लिए दिए गए थ्रस्ट का उत्पादन करने के लिए कम प्रणोदक की आवश्यकता होती है और प्रणोदक अधिक कुशल होता है। यह [[ऊर्जा दक्षता (भौतिकी)]] की भौतिकी अवधारणा के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, जो विशिष्ट आवेग में वृद्धि के रूप में घट सकता है, क्योंकि उच्च विशिष्ट आवेग देने वाले प्रणोदन प्रणालियों को ऐसा करने के लिए उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है।<ref>{{cite web |url=http://www.geoffreylandis.com/laser_ion_pres.htp |title=लेजर-संचालित इंटरस्टेलर जांच (प्रस्तुति)|access-date=2013-11-16 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20131002200923/http://www.geoffreylandis.com/laser_ion_pres.htp |archive-date=2 October 2013}}</ref> | प्रति इकाई समय में एक रॉकेट (उसके प्रणोदक सहित) के संवेग परिवर्तन की दर थ्रस्ट के बराबर होती है। उच्च विशिष्ट आवेग, एक निश्चित समय के लिए दिए गए थ्रस्ट का उत्पादन करने के लिए कम प्रणोदक की आवश्यकता होती है और प्रणोदक अधिक कुशल होता है। यह [[ऊर्जा दक्षता (भौतिकी)]] की भौतिकी अवधारणा के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, जो विशिष्ट आवेग में वृद्धि के रूप में घट सकता है, क्योंकि उच्च विशिष्ट आवेग देने वाले प्रणोदन प्रणालियों को ऐसा करने के लिए उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है।<ref>{{cite web |url=http://www.geoffreylandis.com/laser_ion_pres.htp |title=लेजर-संचालित इंटरस्टेलर जांच (प्रस्तुति)|access-date=2013-11-16 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20131002200923/http://www.geoffreylandis.com/laser_ion_pres.htp |archive-date=2 October 2013}}</ref> | ||
[[जोर|थ्रस्ट]] और विशिष्ट आवेग भ्रमित नहीं होना चाहिए। थ्रस्ट इंजन द्वारा आपूर्ति किया गया बल है और इंजन के माध्यम से प्रवाहित प्रतिक्रिया द्रव्यमान की मात्रा पर निर्भर करता है। विशिष्ट आवेग प्रणोदक की प्रति इकाई उत्पन्न आवेग को मापता है और निकास वेग के समानुपाती होता है। थ्रस्ट और विशिष्ट आवेग प्रश्न में इंजन के बनावट और प्रणोदक से संबंधित हैं, लेकिन यह रिश्ता कमजोर है। उदाहरण के लिए, LH2/LO2 द्विप्रणोदक उच्च '' | [[जोर|थ्रस्ट]] और विशिष्ट आवेग भ्रमित नहीं होना चाहिए। थ्रस्ट इंजन द्वारा आपूर्ति किया गया बल है और इंजन के माध्यम से प्रवाहित प्रतिक्रिया द्रव्यमान की मात्रा पर निर्भर करता है। विशिष्ट आवेग प्रणोदक की प्रति इकाई उत्पन्न आवेग को मापता है और निकास वेग के समानुपाती होता है। थ्रस्ट और विशिष्ट आवेग प्रश्न में इंजन के बनावट और प्रणोदक से संबंधित हैं, लेकिन यह रिश्ता कमजोर है। उदाहरण के लिए, [[LH2/LO2|एलएच2/एलओ2]] द्विप्रणोदक उच्च ''आई''<sub>एसपी</sub> का उत्पादन करता है लेकिन [https://alpha.indicwiki.in/Index.php?title=%E0%A4%86%E0%A4%B0%E0%A4%AA%E0%A5%80-1/%E0%A4%8F%E0%A4%B2%E0%A4%932 आरपी-1/एलओ2] की तुलना में कम थ्रस्ट कम घनत्व और उच्च वेग ([[H2O|एच2ओ]] बनाम [[CO2|सीओ<sub>2</sub>]] और एच2ओ) वाले निकास गैसों के कारण होता है। कई मामलों में, बहुत उच्च विशिष्ट आवेग वाले प्रणोदन सिस्टम - कुछ [[आयन थ्रस्टर|आयन थ्रस्टर्स]] 10,000 सेकंड तक पहुंचते हैं - कम थ्रस्ट उत्पन्न करते हैं।<ref name="exploreMarsnow3">{{cite web|url=http://www.exploremarsnow.org/MissionOverview.html|title=मिशन अवलोकन|publisher=exploreMarsnow|access-date=23 December 2009}}</ref> | ||
विशिष्ट आवेग की गणना करते समय, उपयोग से पहले वाहन के साथ ले जाने वाले प्रणोदक को ही गिना जाता है। एक रासायनिक रॉकेट के लिए, प्रणोदक द्रव्यमान में ईंधन और [[ऑक्सीकारक]] दोनों | विशिष्ट आवेग की गणना करते समय, उपयोग से पहले वाहन के साथ ले जाने वाले प्रणोदक को ही गिना जाता है। एक रासायनिक रॉकेट के लिए, प्रणोदक द्रव्यमान में ईंधन और [[ऑक्सीकारक]] दोनों सम्मिलित होंगे। रॉकेटरी में, एक उच्च विशिष्ट आवेग वाला एक भारी इंजन कम विशिष्ट आवेग के साथ एक हल्के इंजन के रूप में ऊंचाई, दूरी या वेग प्राप्त करने में उतना प्रभावी नहीं हो सकता है, खासकर अगर बाद वाला इंजन उच्च [[थ्रस्ट-टू-वेट अनुपात]] रखता है। अधिकांश रॉकेट डिजाइनों के कई चरण होने का यह एक महत्वपूर्ण कारण है। पहले चरण को उच्च थ्रस्ट के लिए अनुकूलित किया गया है ताकि बाद के चरणों को उच्च विशिष्ट आवेग के साथ उच्च ऊंचाई पर बढ़ाया जा सके जहां वे अधिक कुशलता से प्रदर्शन कर सकें। | ||
वायु-श्वास इंजनों के लिए, केवल ईंधन का द्रव्यमान गिना जाता है, न कि इंजन से गुजरने वाली वायु का द्रव्यमान। वायु प्रतिरोध और इंजन की तेज जलने की दर पर एक उच्च विशिष्ट आवेग रखने में असमर्थता के कारण सभी प्रणोदक का उपयोग जितनी जल्दी हो सके नहीं किया जाता है। | वायु-श्वास इंजनों के लिए, केवल ईंधन का द्रव्यमान गिना जाता है, न कि इंजन से गुजरने वाली वायु का द्रव्यमान। वायु प्रतिरोध और इंजन की तेज जलने की दर पर एक उच्च विशिष्ट आवेग रखने में असमर्थता के कारण सभी प्रणोदक का उपयोग जितनी जल्दी हो सके नहीं किया जाता है। | ||
यदि यह वायु प्रतिरोध और उड़ान के दौरान प्रणोदक की कमी के लिए नहीं थे, तो विशिष्ट आवेग प्रणोदक भार या द्रव्यमान को आगे की गति में परिवर्तित करने में इंजन की प्रभावशीलता का प्रत्यक्ष उपाय होगा। | यदि यह वायु प्रतिरोध और उड़ान के दौरान प्रणोदक की कमी के लिए नहीं थे, तो विशिष्ट आवेग प्रणोदक भार या द्रव्यमान को आगे की गति में परिवर्तित करने में इंजन की प्रभावशीलता का प्रत्यक्ष उपाय होगा। | ||
== इकाइयां == | == इकाइयां == | ||
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|+ एसआई (SI) और अंग्रेजी अभियांत्रिकी इकाइयों में विभिन्न समतुल्य रॉकेट मोटर प्रदर्शन माप | |+ एसआई (SI) और अंग्रेजी अभियांत्रिकी इकाइयों में विभिन्न समतुल्य रॉकेट मोटर प्रदर्शन माप | ||
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! अंग्रेजी अभियांत्रिकी इकाइयों | ! अंग्रेजी अभियांत्रिकी इकाइयों | ||
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|} | |}विशिष्ट आवेग के लिए सबसे आम इकाई दूसरी है, क्योंकि मूल्य समान हैं चाहे गणना [[एसआई (SI)]], [[शाही]] या [[प्रथागत]] इकाइयों में की गई हो। लगभग सभी निर्माता सेकंड में अपने इंजन के प्रदर्शन को उद्धृत करते हैं, और इकाई विमान इंजन के प्रदर्शन को निर्दिष्ट करने के लिए भी उपयोगी होती है।।<ref>{{Cite web|url=https://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/specimp.html|title=विशिष्ट आवेग|website=www.grc.nasa.gov}}</ref> | ||
विशिष्ट आवेग के लिए सबसे आम इकाई दूसरी है, क्योंकि मूल्य समान हैं चाहे गणना [[एसआई (SI)]], [[शाही]] या [[प्रथागत]] इकाइयों में की गई हो। लगभग सभी निर्माता सेकंड में अपने इंजन के प्रदर्शन को उद्धृत करते हैं, और इकाई विमान इंजन के प्रदर्शन को निर्दिष्ट करने के लिए भी उपयोगी होती है।।<ref>{{Cite web|url=https://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/specimp.html|title=विशिष्ट आवेग|website=www.grc.nasa.gov}}</ref> | |||
प्रभावी निकास वेग निर्दिष्ट करने के लिए [[प्रति सेकंड मीटर]] का उपयोग भी यथोचित सामान्य है। रॉकेट इंजनों का वर्णन करते समय इकाई सहज है, हालांकि इंजनों की प्रभावी निकास गति वास्तविक निकास गति से काफी भिन्न हो सकती है, विशेष रूप से [[गैस जनरेटर चक्र]] इंजनों में। [[हवा में सांस लेने वाला जेट इंजन]] के लिए, प्रभावी निकास वेग शारीरिक रूप से अर्थपूर्ण नहीं है, हालांकि इसका उपयोग तुलनात्मक उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।<ref>{{Cite web|url=https://www.qrg.northwestern.edu/projects/vss/docs/propulsion/3-what-is-specific-impulse.html|title=विशिष्ट आवेग क्या है?|website=www.qrg.northwestern.edu}}</ref> | प्रभावी निकास वेग निर्दिष्ट करने के लिए [[प्रति सेकंड मीटर]] का उपयोग भी यथोचित सामान्य है। रॉकेट इंजनों का वर्णन करते समय इकाई सहज है, हालांकि इंजनों की प्रभावी निकास गति वास्तविक निकास गति से काफी भिन्न हो सकती है, विशेष रूप से [[गैस जनरेटर चक्र]] इंजनों में। [[हवा में सांस लेने वाला जेट इंजन]] के लिए, प्रभावी निकास वेग शारीरिक रूप से अर्थपूर्ण नहीं है, हालांकि इसका उपयोग तुलनात्मक उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।<ref>{{Cite web|url=https://www.qrg.northwestern.edu/projects/vss/docs/propulsion/3-what-is-specific-impulse.html|title=विशिष्ट आवेग क्या है?|website=www.qrg.northwestern.edu}}</ref> | ||
मीटर प्रति सेकंड संख्यात्मक रूप से न्यूटन-सेकंड प्रति किग्रा ( | मीटर प्रति सेकंड संख्यात्मक रूप से न्यूटन-सेकंड प्रति किग्रा (एन·s/kg) के बराबर है, और विशिष्ट आवेग के एसआई (SI) माप को या तो इकाइयों के रूप में एक दूसरे के रूप में लिखा जा सकता है। यह इकाई प्रणोदक के प्रति इकाई द्रव्यमान के आवेग के रूप में विशिष्ट आवेग की परिभाषा पर प्रकाश डालती है। | ||
[[विशिष्ट ईंधन की खपत]] विशिष्ट आवेग के व्युत्क्रमानुपाती होती है और इसमें | [[विशिष्ट ईंधन की खपत]] विशिष्ट आवेग के व्युत्क्रमानुपाती होती है और इसमें जी/(केएन · एस) या एलबी/(एलबीएफ·घंटा) की इकाइयाँ होती हैं। वायु-श्वास जेट इंजनों के प्रदर्शन का वर्णन करने के लिए विशिष्ट ईंधन खपत का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।<ref>{{Cite web|title=विशिष्ट ईंधन की खपत|url=https://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/sfc.html|access-date=2021-05-13|website=www.grc.nasa.gov}}</ref> | ||
=== सेकंड में विशिष्ट आवेग === | === सेकंड में विशिष्ट आवेग === | ||
विशिष्ट आवेग, जिसे सेकंड में मापा जाता है, प्रभावी रूप से इसका अर्थ है कि इस इंजन के साथ जोड़े जाने पर यह प्रणोदक कितने सेकंड में अपने स्वयं के प्रारंभिक द्रव्यमान को 1 ग्राम पर बढ़ा सकता है। जितना अधिक समय तक यह अपने स्वयं के द्रव्यमान को गति दे सकता है, उतना अधिक डेल्टा-वी यह पूरे सिस्टम को वितरित करता है। | |||
विशिष्ट आवेग, जिसे सेकंड में मापा जाता है, प्रभावी रूप से इसका अर्थ है कि इस इंजन के साथ जोड़े जाने पर यह प्रणोदक कितने सेकंड में अपने स्वयं के प्रारंभिक द्रव्यमान को | |||
दूसरे शब्दों में, एक विशेष इंजन और एक विशेष प्रणोदक के द्रव्यमान को देखते हुए, विशिष्ट आवेग मापता है कि इंजन कितने समय तक प्रणोदक के उस द्रव्यमान को पूरी तरह से जलाने तक निरंतर बल (थ्रस्ट) लगा सकता है। अधिक ऊर्जा-सघन प्रणोदक का दिया गया द्रव्यमान इंजन में जलते समय समान बल लगाने के लिए बनाए गए कुछ कम ऊर्जा-घने प्रणोदक की तुलना में अधिक समय तक जल सकता है। एक ही प्रणोदक को जलाने वाले विभिन्न इंजन डिजाइन उनके प्रणोदक की ऊर्जा को प्रभावी थ्रस्ट में निर्देशित करने में समान रूप से कुशल नहीं हो सकते हैं। | दूसरे शब्दों में, एक विशेष इंजन और एक विशेष प्रणोदक के द्रव्यमान को देखते हुए, विशिष्ट आवेग मापता है कि इंजन कितने समय तक प्रणोदक के उस द्रव्यमान को पूरी तरह से जलाने तक निरंतर बल (थ्रस्ट) लगा सकता है। अधिक ऊर्जा-सघन प्रणोदक का दिया गया द्रव्यमान इंजन में जलते समय समान बल लगाने के लिए बनाए गए कुछ कम ऊर्जा-घने प्रणोदक की तुलना में अधिक समय तक जल सकता है। एक ही प्रणोदक को जलाने वाले विभिन्न इंजन डिजाइन उनके प्रणोदक की ऊर्जा को प्रभावी थ्रस्ट में निर्देशित करने में समान रूप से कुशल नहीं हो सकते हैं। | ||
सभी वाहनों के लिए, सेकंड में विशिष्ट आवेग (प्रणोदक की प्रति इकाई वजन-पर-पृथ्वी पर आवेग) को निम्नलिखित समीकरण द्वारा परिभाषित किया जा सकता है:<ref name= | सभी वाहनों के लिए, सेकंड में विशिष्ट आवेग (प्रणोदक की प्रति इकाई वजन-पर-पृथ्वी पर आवेग) को निम्नलिखित समीकरण द्वारा परिभाषित किया जा सकता है:<ref name="sutton3">Rocket Propulsion Elements, 7th Edition by George P. Sutton, Oscar Biblarz</ref><math display="block">F_\text{thrust} = g_0 \cdot I_\text{sp} \cdot \dot m,</math> | ||
<math display="block">F_\text{thrust} = g_0 \cdot I_\text{sp} \cdot \dot m,</math> | |||
कहां: | कहां: | ||
*<math>F_\text{thrust}</math> इंजन से प्राप्त थ्रस्ट है ([[न्यूटन (इकाई)]] या [[पाउंड बल]]), | |||
*<math>F_\text{thrust}</math> इंजन से प्राप्त थ्रस्ट है ([[न्यूटन (इकाई)]] | |||
*<math>g_0</math> मानक गुरुत्व है, जो नाममात्र रूप से पृथ्वी की सतह पर गुरुत्व है (m/s<sup>2</sup> or ft/s<sup>2</sup>), | *<math>g_0</math> मानक गुरुत्व है, जो नाममात्र रूप से पृथ्वी की सतह पर गुरुत्व है (m/s<sup>2</sup> or ft/s<sup>2</sup>), | ||
*<math>I_\text{sp}</math> विशिष्ट आवेग मापा जाता है (सेकंड), | *<math>I_\text{sp}</math> विशिष्ट आवेग मापा जाता है (सेकंड), | ||
*<math>\dot m</math> खर्च किए गए प्रणोदक की [[द्रव्यमान प्रवाह दर]] है (kg/s या [[slugs]]/s) | *<math>\dot m</math> खर्च | ||