प्रणोद

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

प्रणोद 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 प्रणोद कहलाता है। इस प्रकार प्रणोद 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 प्रोपल्शन सिस्टम आगे की ओर प्रणोद 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 थ्रस्ट रिवर्सल का उपयोग करके लैंडिंग के बाद ब्रेक लगाने में सहायता के लिए रिवर्स प्रणोद 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 प्रणोदन प्रदान करने के लिए करता है।

मोटरबोट प्रोपेलर 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 जोर भार से अधिक होना चाहिए।

तीन अंतरिक्ष शटल अंतरिक्ष यान का मुख्य इंजन में से प्रत्येक 1.8 Meganewton का प्रणोद 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। इसके विपरीत, ईवा बचाव के लिए सरलीकृत सहायता (SAFER) में 3.56 N (0.80 lbf) प्रत्येक के 24 थ्रस्टर 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 जोर 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 थ्रस्ट 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 जोर

प्रणोद उत्पन्न करने के लिए आवश्यक शक्ति और प्रणोद 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 थ्रस्टर 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 प्रोपेलर होते हैं।

प्रणोदक शक्ति पर जोर

एक बहुत ही साधारण सवाल यह है कि जेट इंजन की प्रणोद 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 (प्रोपेलर ऐसा करता है), इसलिए पिस्टन इंजन सामान्य रूप से प्रोपेलर को कितनी 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 प्रोपेलर नहीं होता है, इसलिए जेट इंजन की प्रणोदक शक्ति इसके प्रणोद 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 प्रणोद (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: