विशिष्ट आवेग: Difference between revisions
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'''विशिष्ट आवेग''' (आमतौर पर संक्षिप्त {{math|''I''<sub>sp</sub>}}) एक प्रतिक्रिया द्रव्यमान इंजन (ईंधन का उपयोग कर एक [[रॉकेट इंजन]] या ईंधन का उपयोग कर [[जेट इंजिन]]) कितनी कुशलता से | '''विशिष्ट आवेग''' (आमतौर पर संक्षिप्त {{math|''I''<sub>sp</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 मामले में, इसका मतलब है कि दिए गए [[डेल्टा-सी|डेल्टा-v]] के लिए कम प्रणोदक की आवश्यकता है,<ref name="QRG1">{{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="ars20130414">{{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। | उच्च विशिष्ट आवेग वाली प्रणोदन प्रणाली प्रणोदक के द्रव्यमान का अधिक कुशलता से उपयोग करती है। रॉकेट के मामले में, इसका मतलब है कि दिए गए [[डेल्टा-सी|डेल्टा-v]] के लिए कम प्रणोदक की आवश्यकता है,<ref name="QRG1">{{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="ars20130414">{{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। | ||
एक वायुमंडलीय संदर्भ में, विशिष्ट आवेग में बाहरी हवा के द्रव्यमान द्वारा प्रदान किए गए आवेग में योगदान शामिल हो सकता है जो इंजन द्वारा किसी तरह से त्वरित किया जाता है, जैसे कि एक आंतरिक टर्बोफैन या ईंधन दहन भागीदारी द्वारा ताप फिर | एक वायुमंडलीय संदर्भ में, विशिष्ट आवेग में बाहरी हवा के द्रव्यमान द्वारा प्रदान किए गए आवेग में योगदान शामिल हो सकता है जो इंजन द्वारा किसी तरह से त्वरित किया जाता है, जैसे कि एक आंतरिक टर्बोफैन या ईंधन दहन भागीदारी द्वारा ताप फिर थ्रस्ट 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 इकाइयां 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 संबंध द्वारा थ्रस्ट-विशिष्ट ईंधन खपत (SFC) के व्युत्क्रमानुपाती होता है {{math|1=''I''<sub>sp</sub> = 1/(''g<sub>o</sub>''·SFC)}} SFC के लिए kg/(N·s) में और {{math|1=''I''<sub>sp</sub> = 3600/SFC}}, SFC के लिए lb/(lbf·hr) में। | विशिष्ट आवेग संबंध द्वारा थ्रस्ट-विशिष्ट ईंधन खपत (SFC) के व्युत्क्रमानुपाती होता है {{math|1=''I''<sub>sp</sub> = 1/(''g<sub>o</sub>''·SFC)}} SFC के लिए kg/(N·s) में और {{math|1=''I''<sub>sp</sub> = 3600/SFC}}, SFC के लिए lb/(lbf·hr) में। | ||
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[[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 ''I''<sub>sp</sub> का उत्पादन करता है लेकिन RP-1/LO2 की तुलना में कम थ्रस्ट कम घनत्व और उच्च वेग (H2O बनाम CO2 और H2O) 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="exploreMarsnow">{{cite web|url=http://www.exploremarsnow.org/MissionOverview.html|title=मिशन अवलोकन|publisher=exploreMarsnow|access-date=23 December 2009}}</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 ''I''<sub>sp</sub> का उत्पादन करता है लेकिन RP-1/LO2 की तुलना में कम थ्रस्ट कम घनत्व और उच्च वेग (H2O बनाम CO2 और H2O) 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="exploreMarsnow">{{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 शामिल 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 | 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 शामिल 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। | ||
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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 g 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 1 g 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। | ||
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 ( | 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=sutton>Rocket Propulsion Elements, 7th Edition by George P. Sutton, Oscar Biblarz</ref> | 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=sutton>Rocket Propulsion Elements, 7th Edition by George P. Sutton, Oscar Biblarz</ref> | ||
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*<math>F_\text{thrust}</math> इंजन से प्राप्त | *<math>F_\text{thrust}</math> इंजन से प्राप्त थ्रस्ट है ([[न्यूटन (यूनिट)]] एस या पाउंड (बल)), | ||
*<math>g_0</math> मानक गुरुत्वाकर्षण है, जो मुख्य रूप से पृथ्वी की सतह पर गुरुत्वाकर्षण है (एम/एस<sup>2</sup> या फ़ीट/सेकंड<sup>2</sup>), | *<math>g_0</math> मानक गुरुत्वाकर्षण है, जो मुख्य रूप से पृथ्वी की सतह पर गुरुत्वाकर्षण है (एम/एस<sup>2</sup> या फ़ीट/सेकंड<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), | ||
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<math display="block">F_\text{thrust} = I_\text{sp} \cdot \dot m \cdot \left(1 \mathrm{\frac{ft}{s^2}} \right).</math> | <math display="block">F_\text{thrust} = I_\text{sp} \cdot \dot m \cdot \left(1 \mathrm{\frac{ft}{s^2}} \right).</math> | ||
मैं<sub>sp</sub> सेकंड में वह समय है जब एक रॉकेट इंजन प्रणोदक की मात्रा को देखते हुए प्रणोद उत्पन्न कर सकता है जिसका वजन इंजन के | मैं<sub>sp</sub> सेकंड में वह समय है जब एक रॉकेट इंजन प्रणोदक की मात्रा को देखते हुए प्रणोद उत्पन्न कर सकता है जिसका वजन इंजन के थ्रस्ट के बराबर होता है। दाहिनी ओर अंतिम पद, <math display="inline">\left(1 \mathrm{\frac{ft}{s^2}} \right)</math>, आयामी स्थिरता के लिए आवश्यक है (<math display="inline">\mathrm{lbf} \propto \mathrm{s} \cdot \mathrm{\frac{lbm}{s}} \cdot \mathrm{ \frac{ft}{s^2}}</math>) | ||
इस सूत्रीकरण का लाभ यह है कि इसका उपयोग रॉकेटों के लिए किया जा सकता है, जहां सभी प्रतिक्रिया द्रव्यमान को बोर्ड पर ले जाया जाता है, साथ ही हवाई जहाज, जहां अधिकांश प्रतिक्रिया द्रव्यमान वातावरण से लिया जाता है। इसके अलावा, यह एक परिणाम देता है जो उपयोग की गई इकाइयों से स्वतंत्र होता है (बशर्ते इस्तेमाल किए गए समय की इकाई दूसरी हो)। | इस सूत्रीकरण का लाभ यह है कि इसका उपयोग रॉकेटों के लिए किया जा सकता है, जहां सभी प्रतिक्रिया द्रव्यमान को बोर्ड पर ले जाया जाता है, साथ ही हवाई जहाज, जहां अधिकांश प्रतिक्रिया द्रव्यमान वातावरण से लिया जाता है। इसके अलावा, यह एक परिणाम देता है जो उपयोग की गई इकाइयों से स्वतंत्र होता है (बशर्ते इस्तेमाल किए गए समय की इकाई दूसरी हो)। | ||
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====रॉकेटरी==== | ====रॉकेटरी==== | ||
रॉकेटरी में, केवल प्रतिक्रिया द्रव्यमान ही प्रणोदक होता है, इसलिए विशिष्ट आवेग की गणना एक वैकल्पिक विधि का उपयोग करके की जाती है, जो सेकंड की इकाइयों के साथ परिणाम देता है। विशिष्ट आवेग को प्रणोदक के पृथ्वी पर प्रति इकाई भार समय के साथ एकीकृत | रॉकेटरी में, केवल प्रतिक्रिया द्रव्यमान ही प्रणोदक होता है, इसलिए विशिष्ट आवेग की गणना एक वैकल्पिक विधि का उपयोग करके की जाती है, जो सेकंड की इकाइयों के साथ परिणाम देता है। विशिष्ट आवेग को प्रणोदक के पृथ्वी पर प्रति इकाई भार समय के साथ एकीकृत थ्रस्ट के रूप में परिभाषित किया गया है:<ref name="SINasa">{{cite web|url=http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/specimp.html|title=विशिष्ट आवेग|last=Benson|first=Tom|date=11 July 2008|publisher=[[NASA]]|access-date=22 December 2009}}</ref> | ||
<math display="block">I_\text{sp} = \frac{v_\text{e}}{g_0},</math> | <math display="block">I_\text{sp} = \frac{v_\text{e}}{g_0},</math> | ||
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=== प्रभावी निकास वेग === के रूप में विशिष्ट आवेग | === प्रभावी निकास वेग === के रूप में विशिष्ट आवेग | ||
{{Refimprove section|date=August 2019}} | {{Refimprove section|date=August 2019}} | ||
जी के भूस्थैतिक कारक के कारण<sub>0</sub> विशिष्ट आवेग के समीकरण में, कई वैकल्पिक परिभाषा पसंद करते हैं। एक रॉकेट के विशिष्ट आवेग को प्रणोदक के प्रति इकाई द्रव्यमान प्रवाह के | जी के भूस्थैतिक कारक के कारण<sub>0</sub> विशिष्ट आवेग के समीकरण में, कई वैकल्पिक परिभाषा पसंद करते हैं। एक रॉकेट के विशिष्ट आवेग को प्रणोदक के प्रति इकाई द्रव्यमान प्रवाह के थ्रस्ट के संदर्भ में परिभाषित किया जा सकता है। यह रॉकेट प्रणोदक की प्रभावशीलता को परिभाषित करने का एक समान रूप से मान्य (और कुछ हद तक सरल) तरीका है। एक रॉकेट के लिए, इस तरह परिभाषित विशिष्ट आवेग रॉकेट के सापेक्ष प्रभावी निकास वेग है, v<sub>e</sub>. वास्तविक रॉकेट नोजल में, निकास वेग पूरे निकास क्रॉस सेक्शन पर वास्तव में एक समान नहीं होता है और ऐसे वेग प्रोफाइल को सटीक रूप से मापना मुश्किल होता है। एकसमान अक्षीय वेग, v <sub>e</sub>, उन सभी गणनाओं के लिए माना जाता है जो एक आयामी समस्या विवरणों को नियोजित करती हैं। यह प्रभावी निकास वेग औसत या द्रव्यमान समतुल्य वेग का प्रतिनिधित्व करता है जिस पर रॉकेट वाहन से प्रणोदक निकाला जा रहा है।<ref>{{cite book|author=George P. Sutton & Oscar Biblarz|title=रॉकेट प्रणोदन तत्व|url=https://books.google.com/books?id=2qehDQAAQBAJ|year=2016|publisher=John Wiley & Sons| isbn=978-1-118-75388-0|page=27}}</ref> विशिष्ट आवेग की दो परिभाषाएँ एक दूसरे के समानुपाती हैं, और एक दूसरे से संबंधित हैं: | ||
<math display="block">v_\text{e} = g_0 \cdot I_\text{sp},</math> | <math display="block">v_\text{e} = g_0 \cdot I_\text{sp},</math> | ||
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जब एक इंजन वायुमंडल के भीतर चलाया जाता है, तो वायुमंडलीय दबाव से निकास वेग कम हो जाता है, बदले में विशिष्ट आवेग को कम करता है। यह निर्वात स्थितियों में प्राप्त वास्तविक निकास वेग बनाम प्रभावी निकास वेग में कमी है। गैस-जनरेटर चक्र रॉकेट इंजन के मामले में, एक से अधिक निकास गैस धारा मौजूद होती है क्योंकि [[टर्बोपंप]] निकास गैस एक अलग नोजल के माध्यम से बाहर निकलती है। प्रभावी निकास वेग की गणना करने के लिए दो द्रव्यमान प्रवाहों के साथ-साथ किसी भी वायुमंडलीय दबाव के लिए लेखांकन की आवश्यकता होती है।{{Citation needed|date=July 2011}} | जब एक इंजन वायुमंडल के भीतर चलाया जाता है, तो वायुमंडलीय दबाव से निकास वेग कम हो जाता है, बदले में विशिष्ट आवेग को कम करता है। यह निर्वात स्थितियों में प्राप्त वास्तविक निकास वेग बनाम प्रभावी निकास वेग में कमी है। गैस-जनरेटर चक्र रॉकेट इंजन के मामले में, एक से अधिक निकास गैस धारा मौजूद होती है क्योंकि [[टर्बोपंप]] निकास गैस एक अलग नोजल के माध्यम से बाहर निकलती है। प्रभावी निकास वेग की गणना करने के लिए दो द्रव्यमान प्रवाहों के साथ-साथ किसी भी वायुमंडलीय दबाव के लिए लेखांकन की आवश्यकता होती है।{{Citation needed|date=July 2011}} | ||
वायु-श्वास जेट इंजनों के लिए, विशेष रूप से [[टर्बोफैन]], वास्तविक निकास वेग और प्रभावी निकास वेग परिमाण के क्रम से भिन्न होते हैं। ऐसा कई कारणों से होता है। सबसे पहले, प्रतिक्रिया द्रव्यमान के रूप में हवा का उपयोग करके अतिरिक्त संवेग का एक अच्छा सौदा प्राप्त किया जाता है, जैसे कि निकास में दहन उत्पादों में जले हुए ईंधन की तुलना में अधिक द्रव्यमान होता है। अगला, वायुमंडल में अक्रिय गैसें दहन से गर्मी को अवशोषित करती हैं, और परिणामी विस्तार के माध्यम से अतिरिक्त बल प्रदान करती हैं। अंत में, टर्बोफैन और अन्य डिजाइनों के लिए इनटेक एयर के खिलाफ धक्का देकर और भी अधिक | वायु-श्वास जेट इंजनों के लिए, विशेष रूप से [[टर्बोफैन]], वास्तविक निकास वेग और प्रभावी निकास वेग परिमाण के क्रम से भिन्न होते हैं। ऐसा कई कारणों से होता है। सबसे पहले, प्रतिक्रिया द्रव्यमान के रूप में हवा का उपयोग करके अतिरिक्त संवेग का एक अच्छा सौदा प्राप्त किया जाता है, जैसे कि निकास में दहन उत्पादों में जले हुए ईंधन की तुलना में अधिक द्रव्यमान होता है। अगला, वायुमंडल में अक्रिय गैसें दहन से गर्मी को अवशोषित करती हैं, और परिणामी विस्तार के माध्यम से अतिरिक्त बल प्रदान करती हैं। अंत में, टर्बोफैन और अन्य डिजाइनों के लिए इनटेक एयर के खिलाफ धक्का देकर और भी अधिक थ्रस्ट दिया जाता है जो सीधे दहन को कभी नहीं देखता है। ये सभी एयरस्पीड और निकास गति के बीच एक बेहतर मेल की अनुमति देने के लिए गठबंधन करते हैं, जो ऊर्जा/प्रणोदक को बचाता है और वास्तविक निकास वेग को कम करते हुए प्रभावी निकास वेग को बढ़ाता है।{{Citation needed|date=July 2011}} फिर से, ऐसा इसलिए है क्योंकि हवा के द्रव्यमान को विशिष्ट आवेग गणना में नहीं गिना जाता है, इस प्रकार निकास के ईंधन घटक के द्रव्यमान के लिए सभी थ्रस्ट की गति को जिम्मेदार ठहराया जाता है, और प्रतिक्रिया द्रव्यमान, निष्क्रिय गैस और संचालित प्रभाव को छोड़ दिया जाता है। विचार से समग्र इंजन दक्षता पर पंखे। | ||
अनिवार्य रूप से, इंजन निकास की गति में केवल ईंधन की तुलना में बहुत अधिक शामिल है, लेकिन विशिष्ट आवेग गणना ईंधन को छोड़कर सब कुछ अनदेखा करती है। भले ही वायु-श्वास इंजन के लिए प्रभावी निकास वेग वास्तविक निकास वेग के संदर्भ में निरर्थक लगता है, फिर भी यह विभिन्न इंजनों की पूर्ण ईंधन दक्षता की तुलना करने के लिए उपयोगी है। | अनिवार्य रूप से, इंजन निकास की गति में केवल ईंधन की तुलना में बहुत अधिक शामिल है, लेकिन विशिष्ट आवेग गणना ईंधन को छोड़कर सब कुछ अनदेखा करती है। भले ही वायु-श्वास इंजन के लिए प्रभावी निकास वेग वास्तविक निकास वेग के संदर्भ में निरर्थक लगता है, फिर भी यह विभिन्न इंजनों की पूर्ण ईंधन दक्षता की तुलना करने के लिए उपयोगी है। | ||
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{{Specific impulse examples}} | {{Specific impulse examples}} | ||
समय में मापे गए विशिष्ट आवेग का एक उदाहरण 453 सेकंड है, जो के [[प्रभावी निकास वेग]] के बराबर है {{cvt|4.440|km/s|ft/s}}, [[RS-25]] इंजन के लिए जब वैक्यूम में काम कर रहा हो।<ref>{{Cite web|url=http://www.astronautix.com/engines/ssme.htm|title=एसएसएमई|website=www.astronautix.com|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20160303190701/http://www.astronautix.com/engines/ssme.htm|archive-date=March 3, 2016}}{{cbignore|bot=medic}}</ref> एक वायु-श्वास जेट इंजन में आमतौर पर रॉकेट की तुलना में बहुत बड़ा विशिष्ट आवेग होता है; उदाहरण के लिए एक टर्बोफैन जेट इंजन में समुद्र तल पर 6,000 सेकंड या उससे अधिक का विशिष्ट आवेग हो सकता है जबकि एक रॉकेट 200 और 400 सेकंड के बीच होगा।<ref>{{Cite web|url=http://web.mit.edu/16.unified/www/SPRING/propulsion/notes/node85.html|title=11.6 जेट इंजन का प्रदर्शन|website=web.mit.edu}}</ref> | समय में मापे गए विशिष्ट आवेग का एक उदाहरण 453 सेकंड है, जो के [[प्रभावी निकास वेग]] के बराबर है {{cvt|4.440|km/s|ft/s}}, [[RS-25]] इंजन के लिए जब वैक्यूम में काम कर रहा हो।<ref>{{Cite web|url=http://www.astronautix.com/engines/ssme.htm|title=एसएसएमई|website=www.astronautix.com|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20160303190701/http://www.astronautix.com/engines/ssme.htm|archive-date=March 3, 2016}}{{cbignore|bot=medic}}</ref> एक वायु-श्वास जेट इंजन में आमतौर पर रॉकेट की तुलना में बहुत बड़ा विशिष्ट आवेग होता है; उदाहरण के लिए एक टर्बोफैन जेट इंजन में समुद्र तल पर 6,000 सेकंड या उससे अधिक का विशिष्ट आवेग हो सकता है जबकि एक रॉकेट 200 और 400 सेकंड के बीच होगा।<ref>{{Cite web|url=http://web.mit.edu/16.unified/www/SPRING/propulsion/notes/node85.html|title=11.6 जेट इंजन का प्रदर्शन|website=web.mit.edu}}</ref> | ||
एक वायु-श्वास इंजन एक रॉकेट इंजन की तुलना में बहुत अधिक प्रणोदक कुशल है, क्योंकि हवा दहन के लिए प्रतिक्रिया द्रव्यमान और ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करती है जिसे प्रणोदक के रूप में ले जाने की आवश्यकता नहीं होती है, और वास्तविक निकास गति बहुत कम होती है, इसलिए गतिज ऊर्जा निकास कम होता है और इस प्रकार जेट इंजन | एक वायु-श्वास इंजन एक रॉकेट इंजन की तुलना में बहुत अधिक प्रणोदक कुशल है, क्योंकि हवा दहन के लिए प्रतिक्रिया द्रव्यमान और ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करती है जिसे प्रणोदक के रूप में ले जाने की आवश्यकता नहीं होती है, और वास्तविक निकास गति बहुत कम होती है, इसलिए गतिज ऊर्जा निकास कम होता है और इस प्रकार जेट इंजन थ्रस्ट उत्पन्न करने के लिए बहुत कम ऊर्जा का उपयोग करता है।<ref>{{cite web|last=Dunn|first=Bruce P.|date=2001|title=डन की रीडमी|url=http://www.dunnspace.com/isp.htm|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20131020061623/http://www.dunnspace.com/isp.htm|archive-date=20 October 2013|access-date=2014-07-12}}</ref> जबकि वायु-श्वास इंजनों के लिए वास्तविक निकास वेग कम है, जेट इंजनों के लिए प्रभावी निकास वेग बहुत अधिक है। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रभावी निकास वेग गणना मानती है कि प्रणोदक सभी प्रतिक्रिया द्रव्यमान और सभी थ्रस्ट प्रदान कर रहा है। इसलिए प्रभावी निकास वेग वायु-श्वास इंजनों के लिए भौतिक रूप से अर्थपूर्ण नहीं है; फिर भी, यह अन्य प्रकार के इंजनों के साथ तुलना करने के लिए उपयोगी है।<ref>{{Cite web|url=https://www.britannica.com/technology/effective-exhaust-velocity|title=प्रभावी निकास वेग | अभियांत्रिकी|website=Encyclopedia Britannica}}</ref> | ||
एक रॉकेट इंजन में परीक्षण किए गए रासायनिक प्रणोदक के लिए अब तक का उच्चतम विशिष्ट आवेग था {{convert|542|isp}} [[लिथियम]], [[एक अधातु तत्त्व]] और [[हाइड्रोजन]] के [[त्रिप्रणोदक रॉकेट]] के साथ। हालाँकि, यह संयोजन अव्यवहारिक है। लिथियम और फ्लोरीन दोनों अत्यंत संक्षारक हैं, लिथियम हवा के संपर्क में आने पर प्रज्वलित होता है, फ्लोरीन अधिकांश ईंधन के संपर्क में आने पर प्रज्वलित होता है, और हाइड्रोजन, जबकि हाइपरगोलिक नहीं, एक विस्फोटक खतरा है। निकास में फ्लोरीन और हाइड्रोजन फ्लोराइड (एचएफ) बहुत जहरीले होते हैं, जो पर्यावरण को नुकसान पहुंचाते हैं, लॉन्च पैड के आसपास काम करना मुश्किल बनाते हैं, और लॉन्च लाइसेंस प्राप्त करना और भी कठिन बना देता है। रॉकेट का निकास भी आयनित होता है, जो रॉकेट के साथ रेडियो संचार में हस्तक्षेप करेगा।<ref>{{Cite web|url=https://space.stackexchange.com/questions/19852/where-is-the-lithium-fluorine-hydrogen-tripropellant-currently|title=ईंधन - वर्तमान में लिथियम-फ्लोरीन-हाइड्रोजन ट्राइप्रोपेलेंट कहां है?|website=Space Exploration Stack Exchange}}</ref><ref>{{Cite book|chapter-url=https://dx.doi.org/10.2514/6.1968-618|doi = 10.2514/6.1968-618|chapter = Investigation of the lithium-fluorine-hydrogen tripropellant system|title = चौथा प्रणोदन संयुक्त विशेषज्ञ सम्मेलन|year = 1968|last1 = Arbit|first1 = H.|last2 = Clapp|first2 = S.|last3 = Nagai|first3 = C.}}</ref><ref>ARBIT, H. A., CLAPP, S. D., NAGAI, C. K., [https://archive.org/details/nasa_techdoc_19700018655 Lithium-fluorine-hydrogen propellant investigation Final report] NASA, 1 May 1970.</ref> | एक रॉकेट इंजन में परीक्षण किए गए रासायनिक प्रणोदक के लिए अब तक का उच्चतम विशिष्ट आवेग था {{convert|542|isp}} [[लिथियम]], [[एक अधातु तत्त्व]] और [[हाइड्रोजन]] के [[त्रिप्रणोदक रॉकेट]] के साथ। हालाँकि, यह संयोजन अव्यवहारिक है। लिथियम और फ्लोरीन दोनों अत्यंत संक्षारक हैं, लिथियम हवा के संपर्क में आने पर प्रज्वलित होता है, फ्लोरीन अधिकांश ईंधन के संपर्क में आने पर प्रज्वलित होता है, और हाइड्रोजन, जबकि हाइपरगोलिक नहीं, एक विस्फोटक खतरा है। निकास में फ्लोरीन और हाइड्रोजन फ्लोराइड (एचएफ) बहुत जहरीले होते हैं, जो पर्यावरण को नुकसान पहुंचाते हैं, लॉन्च पैड के आसपास काम करना मुश्किल बनाते हैं, और लॉन्च लाइसेंस प्राप्त करना और भी कठिन बना देता है। रॉकेट का निकास भी आयनित होता है, जो रॉकेट के साथ रेडियो संचार में हस्तक्षेप करेगा।<ref>{{Cite web|url=https://space.stackexchange.com/questions/19852/where-is-the-lithium-fluorine-hydrogen-tripropellant-currently|title=ईंधन - वर्तमान में लिथियम-फ्लोरीन-हाइड्रोजन ट्राइप्रोपेलेंट कहां है?|website=Space Exploration Stack Exchange}}</ref><ref>{{Cite book|chapter-url=https://dx.doi.org/10.2514/6.1968-618|doi = 10.2514/6.1968-618|chapter = Investigation of the lithium-fluorine-hydrogen tripropellant system|title = चौथा प्रणोदन संयुक्त विशेषज्ञ सम्मेलन|year = 1968|last1 = Arbit|first1 = H.|last2 = Clapp|first2 = S.|last3 = Nagai|first3 = C.}}</ref><ref>ARBIT, H. A., CLAPP, S. D., NAGAI, C. K., [https://archive.org/details/nasa_techdoc_19700018655 Lithium-fluorine-hydrogen propellant investigation Final report] NASA, 1 May 1970.</ref> | ||
परमाणु तापीय रॉकेट इंजन पारंपरिक रॉकेट इंजनों से भिन्न होते हैं जिसमें प्रणोदकों को दहन की गर्मी के बजाय बाहरी परमाणु ताप स्रोत द्वारा ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है।<ref>{{Cite web |url=http://trajectory.grc.nasa.gov/projects/ntp/index.shtml |title=अंतरिक्ष प्रणोदन और मिशन विश्लेषण कार्यालय|access-date=20 July 2011 |archive-date=12 April 2011 |archive-url=https://web.archive.org/web/20110412093255/http://trajectory.grc.nasa.gov/projects/ntp/index.shtml |url-status=dead }}</ref> परमाणु रॉकेट आमतौर पर एक ऑपरेटिंग परमाणु रिएक्टर के माध्यम से तरल हाइड्रोजन गैस पास करके संचालित होता है। 1960 के दशक में परीक्षण से लगभग 850 सेकंड (8,340मी/सेकेंड) के विशिष्ट आवेग प्राप्त हुए, जो स्पेस शटल इंजनों की तुलना में लगभग दोगुने थे।<ref>{{Citation|last=National Aeronautics and Space Administration|title=Nuclear Propulsion in Space|url=https://www.youtube.com/watch?v=eDNX65d-FBY |archive-url=https://ghostarchive.org/varchive/youtube/20211211/eDNX65d-FBY| archive-date=2021-12-11 |url-status=live|language=en|access-date=2021-02-24}}{{cbignore}}</ref> | परमाणु तापीय रॉकेट इंजन पारंपरिक रॉकेट इंजनों से भिन्न होते हैं जिसमें प्रणोदकों को दहन की गर्मी के बजाय बाहरी परमाणु ताप स्रोत द्वारा ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है।<ref>{{Cite web |url=http://trajectory.grc.nasa.gov/projects/ntp/index.shtml |title=अंतरिक्ष प्रणोदन और मिशन विश्लेषण कार्यालय|access-date=20 July 2011 |archive-date=12 April 2011 |archive-url=https://web.archive.org/web/20110412093255/http://trajectory.grc.nasa.gov/projects/ntp/index.shtml |url-status=dead }}</ref> परमाणु रॉकेट आमतौर पर एक ऑपरेटिंग परमाणु रिएक्टर के माध्यम से तरल हाइड्रोजन गैस पास करके संचालित होता है। 1960 के दशक में परीक्षण से लगभग 850 सेकंड (8,340मी/सेकेंड) के विशिष्ट आवेग प्राप्त हुए, जो स्पेस शटल इंजनों की तुलना में लगभग दोगुने थे।<ref>{{Citation|last=National Aeronautics and Space Administration|title=Nuclear Propulsion in Space|url=https://www.youtube.com/watch?v=eDNX65d-FBY |archive-url=https://ghostarchive.org/varchive/youtube/20211211/eDNX65d-FBY| archive-date=2021-12-11 |url-status=live|language=en|access-date=2021-02-24}}{{cbignore}}</ref> | ||
कई अन्य रॉकेट प्रणोदन विधियों, जैसे आयन थ्रस्टर्स, बहुत अधिक विशिष्ट आवेग देते हैं लेकिन बहुत कम | कई अन्य रॉकेट प्रणोदन विधियों, जैसे आयन थ्रस्टर्स, बहुत अधिक विशिष्ट आवेग देते हैं लेकिन बहुत कम थ्रस्ट के साथ; उदाहरण के लिए [[SMART-1]] उपग्रह पर [[हॉल-इफेक्ट थ्रस्टर]] का एक विशिष्ट आवेग है {{cvt|1640|isp}} लेकिन केवल का अधिकतम थ्रस्ट {{cvt|68|mN|lbf}}.<ref>{{Cite web |url=http://www.mendeley.com/research/characterization-of-a-high-specific-impulse-xenon-hall-effect-thruster/ |title=एक उच्च विशिष्ट आवेग क्सीनन हॉल इफेक्ट थ्रस्टर की विशेषता | मेंडेली|access-date=20 July 2011 |archive-date=24 March 2012 |archive-url=https://web.archive.org/web/20120324114628/http://www.mendeley.com/research/characterization-of-a-high-specific-impulse-xenon-hall-effect-thruster/ |url-status=dead }}</ref> [[चर विशिष्ट आवेग मैग्नेटोप्लाज्मा रॉकेट]] (VASIMR) इंजन वर्तमान में विकास में सैद्धांतिक रूप से उपज देगा {{cvt|20|to|300|km/s|ft/s}}, और का अधिकतम थ्रस्ट {{cvt|5.7|N|lbf}}.<ref>{{Cite web|last=Ad Astra|date=November 23, 2010|title=VASIMR® VX-200 ने पूर्ण शक्ति दक्षता मील का पत्थर पूरा किया|url=http://www.adastrarocket.com/AdAstra%20Release%2023Nov2010final.pdf|url-status=dead|access-date=23 June 2014|archive-date=30 October 2012|archive-url=https://web.archive.org/web/20121030193000/http://www.adastrarocket.com/AdAstra%20Release%2023Nov2010final.pdf}}</ref> | ||
Revision as of 12:18, 7 January 2023
विशिष्ट आवेग (आमतौर पर संक्षिप्त Isp) 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 मामले में, इसका मतलब है कि दिए गए डेल्टा-v के लिए कम प्रणोदक की आवश्यकता है,[1][2] ताकि इंजन से जुड़ा वाहन अधिक कुशलता से ऊंचाई और वेग प्राप्त कर सके।
एक वायुमंडलीय संदर्भ में, विशिष्ट आवेग में बाहरी हवा के द्रव्यमान द्वारा प्रदान किए गए आवेग में योगदान शामिल हो सकता है जो इंजन द्वारा किसी तरह से त्वरित किया जाता है, जैसे कि एक आंतरिक टर्बोफैन या ईंधन दहन भागीदारी द्वारा ताप फिर थ्रस्ट 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 इकाइयां 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 संबंध द्वारा थ्रस्ट-विशिष्ट ईंधन खपत (SFC) के व्युत्क्रमानुपाती होता है Isp = 1/(go·SFC) SFC के लिए kg/(N·s) में और Isp = 3600/SFC, SFC के लिए lb/(lbf·hr) में।
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 (SI) प्रणाली द्रव्यमान आधारित है, इस प्रकार का विश्लेषण आमतौर पर 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 (g0) 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।[3]
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 Isp का उत्पादन करता है लेकिन RP-1/LO2 की तुलना में कम थ्रस्ट कम घनत्व और उच्च वेग (H2O बनाम CO2 और H2O) वाले निकास गैसों के कारण होता है। कई मामलों में, बहुत उच्च विशिष्ट आवेग वाले प्रणोदन सिस्टम - कुछ आयन थ्रस्टर्स 10,000 सेकंड तक पहुंचते हैं - कम थ्रस्ट उत्पन्न करते हैं।[4]
विशिष्ट आवेग की गणना करते