जेट इंजन को समझना
जेट इंजन एक प्रकार का प्रणोदन तंत्र है जिसका उपयोग आमतौर पर विमानन और एयरोस्पेस में किया जाता है। इसका मूल सिद्धांत सामने से हवा को खींचना, उसे संपीड़ित करना, ईंधन के साथ मिलाना और मिश्रण को जलाना है, और फिर जोर पैदा करने के लिए इसे उच्च गति से पीछे की ओर विस्फोटित करना है। यह प्रणोदन विधि विमान को उच्च गति और ऊंचाई पर उड़ान भरने की अनुमति देती है।
जेट इंजन कैसे काम करते हैं?
जेट इंजन की कार्यप्रणाली को चार मुख्य चरणों में रेखांकित किया जा सकता है: अंतर्ग्रहण, संपीडन, दहन और निकास।
- इनटेक : हवा इनटेक के ज़रिए इंजन में प्रवेश करती है और कंप्रेसर की ओर निर्देशित होती है। इनटेक को कंप्रेसर में सुचारू वायु प्रवाह सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
- संपीड़न : फिर कंप्रेसर के अंदर पंखों की एक श्रृंखला द्वारा हवा को संपीड़ित किया जाता है। इस प्रक्रिया से हवा का दबाव और तापमान बढ़ जाता है। संपीड़न अनुपात, जो कंप्रेसर निकास दबाव और इनलेट दबाव का अनुपात है, जेट इंजन के लिए एक प्रमुख प्रदर्शन मीट्रिक है। गणितीय शब्दों में, संपीड़न अनुपात ( \(CR\) ) को \(CR = \frac{P {exit}}{P {inlet}}\) के रूप में परिभाषित किया गया है, जहाँ \(P {exit}\) कंप्रेसर निकास पर दबाव है और \(P{inlet}\) कंप्रेसर इनलेट पर दबाव है।
- दहन : उच्च दबाव वाली हवा को दहन कक्ष में ईंधन (आमतौर पर विमानन केरोसिन) के साथ मिलाया जाता है। मिश्रण को प्रज्वलित किया जाता है, जिससे यह तेजी से जलता है और फैलता है। इस प्रक्रिया से हवा का तापमान और आयतन काफी बढ़ जाता है।
- निकास : गर्म, उच्च दबाव वाली गैसें इंजन के अंत में एक टरबाइन और नोजल के माध्यम से बाहर निकलती हैं। जैसे ही गैसें इंजन से बाहर निकलती हैं, वे निकास का एक जेट बनाती हैं जो इंजन (और विमान) को आगे बढ़ाती है। इस आगे की गति को समझाने वाला सिद्धांत न्यूटन का गति का तीसरा नियम है, जो कहता है कि प्रत्येक क्रिया के लिए, एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है।
जेट इंजन के प्रकार
जेट इंजन कई प्रकार के होते हैं, जिनमें से प्रत्येक को विशिष्ट अनुप्रयोगों और प्रदर्शन आवश्यकताओं के लिए डिज़ाइन किया गया है।
- टर्बोजेट इंजन : जेट इंजन का सबसे सरल रूप, जिसमें सारी हवा इंजन के कोर से होकर गुजरती है। टर्बोजेट पहले प्रकार के जेट इंजन थे जिन्हें विकसित किया गया था और वे उच्च ऊंचाई पर अपनी उच्च गति और दक्षता के लिए जाने जाते हैं।
- टर्बोफैन इंजन : इन इंजनों में आगे की तरफ एक बड़ा पंखा होता है, जो कोर इंजन को बायपास करने वाली हवा की मात्रा को बढ़ाता है। यह टर्बोफैन इंजन को टर्बोजेट की तुलना में अधिक शांत और अधिक ईंधन-कुशल बनाता है, खासकर कम गति और ऊंचाई पर। इंजन कोर को बायपास करने वाली हवा और कोर से गुजरने वाली हवा के अनुपात को बाईपास अनुपात के रूप में जाना जाता है।
- टर्बोप्रॉप इंजन : जेट इंजन को प्रोपेलर के साथ मिलाता है। ये इंजन कम गति पर कुशल होते हैं और आमतौर पर छोटे, क्षेत्रीय विमानों पर इस्तेमाल किए जाते हैं।
कोई कार्य करने के निर्धारित तरीके
जेट इंजन के संचालन को संवेग के संरक्षण के सिद्धांत के माध्यम से और अधिक समझा जा सकता है। जेट इंजन द्वारा उत्पन्न थ्रस्ट, \(T\) , को समीकरण \(T = \dot{m}(v {e} - v {0}) + A {e}(p {e} - p_{0})\) द्वारा अनुमानित किया जा सकता है, जहाँ
- \(\dot{m}\) हवा का द्रव्यमान प्रवाह दर है,
- \(v_{e}\) निकास गैसों का वेग है,
- \(v_{0}\) विमान का वेग (या हवा का प्रारंभिक वेग) है,
- \(A_{e}\) निकास नोजल का क्षेत्र है,
- \(p_{e}\) निकास गैसों का दबाव है, और
- \(p_{0}\) परिवेशी दबाव है.
यह सूत्र थ्रस्ट उत्पन्न करने में निकास वेग (
\(v {e}\) ) के महत्व पर प्रकाश डालता है। विमान वेग (
\(v{0}\) ) के सापेक्ष निकास वेग जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक थ्रस्ट उत्पन्न होगा।
दक्षता और प्रदर्शन
जेट इंजन की दक्षता उसके प्रदर्शन और पर्यावरण पर पड़ने वाले प्रभाव के लिए महत्वपूर्ण है। दक्षता को कई तरीकों से मापा जा सकता है, जिसमें ईंधन दक्षता, तापीय दक्षता और प्रणोदन दक्षता शामिल है।
- ईंधन दक्षता : प्रति यूनिट ईंधन खपत से कितना थ्रस्ट उत्पन्न होता है, इसका संकेत मिलता है। इंजन डिज़ाइन में सुधार, जैसे उच्च संपीड़न अनुपात और उन्नत सामग्री, ने आधुनिक जेट इंजन की ईंधन दक्षता में वृद्धि की है।
- थर्मल दक्षता : यह इस बात से संबंधित है कि इंजन ईंधन ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में कितनी प्रभावी रूप से परिवर्तित करता है। यह उस अधिकतम तापमान से निर्धारित होता है जिसे इंजन दहन प्रक्रिया के दौरान प्राप्त कर सकता है।
- प्रणोदन दक्षता : यह मापता है कि इंजन विमान को आगे बढ़ाने के लिए अपनी उत्पन्न ऊर्जा का कितने प्रभावी ढंग से उपयोग करता है। उच्च बाईपास अनुपात वाले इंजन, जैसे कि टर्बोफैन इंजन, में उच्च प्रणोदन दक्षता होती है।
चुनौतियाँ और नवाचार
जेट इंजन प्रौद्योगिकी को लगातार चुनौतियों का सामना करना पड़ता है जैसे शोर में कमी, ईंधन दक्षता में सुधार और उत्सर्जन में कमी। इन चुनौतियों का समाधान करने वाले नवाचारों में उच्च बाईपास अनुपात वाले इंजनों का विकास, वजन कम करने के लिए मिश्रित सामग्रियों का उपयोग और वैकल्पिक ईंधन पर शोध शामिल हैं।
जैसे-जैसे जेट इंजन तकनीक विकसित होती जा रही है, यह अधिक कुशल, शांत और पर्यावरण के अनुकूल विमानन का वादा करती है। एयरोस्पेस प्रौद्योगिकी में प्रगति की सराहना करने के लिए इसके संचालन को नियंत्रित करने वाले बुनियादी सिद्धांतों को समझना आवश्यक है।
