उन्नत रॉकेट इंजन से क्या अभिप्राय है l भविष्य का दायरा l इंजन अनुप्रयोग l उन्नत डिजाइन पद्धति l तरल रॉकेट इंजन के घटक l रॉकेट इंजन का इतिहास l

12/09/202212/09/2022 पर Rathod Sunil द्वारा प्रकाशित

परिचय

रॉकेट इंजन मूल रूप से अपने उच्च गति प्रणोदक जेट बनाने के लिए रॉकेट प्रणोदक के रॉकेट द्रव्यमान को संग्रहीत करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। वे वाहन जो रॉकेट इंजन द्वारा संचालित होते हैं, आमतौर पर रॉकेट के रूप में जाने जाते हैं। रॉकेट न्यूटन के गति के तीसरे नियम के सिद्धांत पर कार्य करते हैं। हम हमेशा देखते हैं कि अधिकांश रॉकेट इंजन दहन का उपयोग करते हैं लेकिन गैर-दहनशील जैसे कोल्ड गैस थ्रस्टर भी मौजूद होते हैं।रॉकेट इंजन की तुलना में अन्य प्रकार के जेट इंजनों की तुलना में, रॉकेट इंजन अब तक सबसे हल्के होते हैं, सबसे अधिक जोर देते हैं और कम से कम प्रणोदक दक्षता रखते हैं। अधिक प्रणोदक दक्षता और ऑब्वर्ट प्रभाव के कारण रॉकेट इंजन उच्च वेग के साथ अधिक कुशल हो जाते हैं। चूंकि उन्हें किसी वातावरण की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए वे बहुत अधिक ऊंचाई और अंतरिक्ष में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं।

भविष्य का दायरा

आज, मानव संस्कृति या वैज्ञानिकों ने नए प्रकार के रॉकेट इंजन की खोज की है जो रॉकेट इंजन के गठन से स्टार्ट अप की तुलना में कम पैसे खर्च करता है और उच्च दक्षता वाला है। इसलिए भविष्य में रॉकेट इंजन के क्षेत्र में बहुत अधिक मात्रा में इनोवेशन होगा। आज के वैज्ञानिक को नए प्रकार के रॉकेट इंजन पर काम मिल रहा था, जो परिघटना प्लाज्मा पर काम करता है। आज नासा और किसी अन्य संगठन को मंगल ग्रह पर रॉकेट भेजने का काम मिलता है जिसे मंगल तक की दूरी तय करने के लिए भारी मात्रा में ईंधन की आवश्यकता होती है। जो रॉकेट के द्रव्यमान को बढ़ाते हैं, इसलिए वैज्ञानिकों को विभिन्न प्रकार के रॉकेट इंजन जैसे प्लाज्मा प्रकार पर काम करने को मिल रहा है।

रॉकेट इंजन अनुप्रयोग

आमतौर पर प्रणोदन प्रणाली और इस प्रकार रॉकेट इंजन अवधारणा को लॉन्च करने की विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुरूप होते हैं। इसके परिणाम हैं क्योंकि इंजन के किसी भी सुधार या संशोधन का संपूर्ण लॉन्च सिस्टम पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है और इससे भी महत्वपूर्ण इंजन के प्रदर्शन में सुधार से लॉन्चर की समग्र दक्षता में सुधार नहीं हो सकता है।वर्तमान में परिचालित अंतरिक्ष परिवहन प्रणालियों को दो प्रमुख प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है जिनमें बड़े स्ट्रैप-ऑन बूस्टर के साथ कोर और ऊपरी चरणों जैसे यूरोपीय एरियन जापानी एचआईआई रूसी सोयुज या अमेरिकी अंतरिक्ष शटल और बूस्टर के साथ लॉन्चर एक वैकल्पिक निरंतर और एक ऊपरी चरण जैसे अमेरिकी एटलस और डेल्टा रूसी प्रोटॉन चीनी लांग मार्च या अंतरराष्ट्रीय सागर वाहन लॉन्च करते हैं।

रॉकेट इंजन का इतिहास

प्राचीन रोमन लेखन के अनुसार, AulusGellius Inc. 400 ई.पू. ग्रीक पाइथागोरियन आर्काइस्म नामक एक लकड़ी के पक्षी को भाप का उपयोग करके तारों के साथ प्रेरित करता था। हालांकि यह एक प्रकट नहीं होगा क्योंकि इसमें इतनी अधिक मात्रा में जोर नहीं था। 13वीं शताब्दी में रॉकेट प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण मोड़ एक लघु टाइपस्क्रिप्ट के साथ उभरा, जिसका शीर्षक था लाइबेरइग्निमाड कॉम्ब्यूरेन्डोस होस्ट्स जिसे द बुक ऑफ फायर के रूप में संक्षिप्त किया गया था। टाइपस्क्रिप्ट आठवीं शताब्दी के मध्य से तेरहवीं शताब्दी के अंत तक आग लगाने वाले हथियार बनाने के लिए व्यंजनों से बना है, जिनमें से दो रॉकेट हैं।

पहला नुस्खा एक भाग के लिए कहता है, जो सल्फर है, जिसे लॉरेल तेल में घुलने वाले साल्टपीटर (पोटेशियम नाइट्रेट) के छह भागों में मिलाया जाता है, फिर खोखली लकड़ी में डाला जाता है और वास्तव में जब भी आप चाहें उड़ जाते हैं, जो भी आप चाहते हैं और जला देते हैं हर चीज़। दूसरी रेसिपी में एक पाउंड सल्फर, दो पाउंड चारकोल, और छह पाउंड सॉल्टपीटर सभी को एक संगमरमर के स्लैब पर बारीक चूर्ण किया गया है। फिर इस पाउडर मिश्रण को एक लंबे और संकीर्ण मामले में मजबूती से पैक किया जाता है। आतिशबाज़ी बनाने की विद्या के मिश्रण में साल्टपीटर की शुरूआत ने ग्रीक आग से स्व-चालित रॉकेट में बदलाव को जोड़ा।

तरल रॉकेट इंजन के अवयव

एक तरल प्रणोदक रॉकेट इंजन के प्रमुख घटक प्रणोदक वितरण के लिए उपकरण हैं टर्बाइन और पंप के साथ-साथ ड्राइविंग गैसों के जनरेटर गैस जनरेटर या प्री-बर्नर प्रणोदक इंजेक्शन सिस्टम थ्रस्ट चैंबर जो दहन कक्ष और एक छोटे हिस्से को जोड़ती है नोज़ल के डाइवर्जिंग सेक्शन का जो आमतौर पर थ्रस्ट चैम्बर लाइनर के लिए शीतलक के रूप में उपयोग किए जाने वाले प्रणोदकों के लिए वितरण मैनिफोल्ड के साथ समाप्त होता है और अंत में थ्रस्ट नोजल।इन उपकरणों में से प्रत्येक की अपनी डिज़ाइन समस्याएं और मानदंड हैं और एक घटक का इष्टतम होना जरूरी नहीं कि पूरे सिस्टम का इष्टतम हो। निम्नलिखित खंड संक्षेप में प्रत्येक घटक के प्रमुख मुद्दों को स्पर्श करेगा लेकिन अंत में जोर कक्ष पर ध्यान केंद्रित करेगा।

1.गैस जनरेटर और झूठी गवाही देने वाला

किसी भी गैस जनरेटर या पर्ज्यूरर के लिए मुख्य आवश्यकता ड्राइवर गैस की पर्याप्त मात्रा में एक डिज़ाइन किए गए दबाव और तापमान का वितरण है जो थ्रस्ट चैंबर की निरंतर प्रणोदक आपूर्ति की गारंटी देता है। समीकरण (4) पर एक त्वरित नज़र, यह दर्शाता है कि आवश्यक टर्बाइन शक्ति प्रवेश के दबाव से बाहर निकलने के वांछित अनुपात और गैसों के द्रव्यमान प्रवाह दर को पूरी तरह से थर्मोडायनामिक गुणों पर तापमान ताप क्षमता और आइसोट्रोपिक गुणांक और निश्चित रूप से दक्षता पर निर्भर करती है। डिवाइस का।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है कि गैस जनरेटर चक्र इंजन में टर्बाइन निकास दबाव जोर कक्ष में दबाव से स्वतंत्र है। यह चरणबद्ध दहन इंजनों के लिए पूरी तरह से अलग है जहां निकास गैसों को कक्ष में खिलाया जाता है। जबकि गैस जनरेटर में दहन दबाव अक्सर प्री-बर्नर में थ्रस्ट चैंबर के दबाव में एक से नीचे होता है, आमतौर पर दो या तीन उच्च दृश्य तालिका 6 का कारक होता है जो नमूना गैस जनरेटर और प्रेट बर्नर के विशिष्ट डेटा को सारांशित करता है। एक उच्च टरबाइन शक्ति उपयुक्त द्रव्यमान प्रवाह दर और पूर्व-बर्नर निकास गैस के तापमान से प्राप्त की जा सकती है।

2.टर्बो पंप

रॉकेट इंजन के टर्बो पंप सिस्टम का कार्य कम दबाव पर वाहन के टैंकों से तरल प्रणोदक प्राप्त करना और उन्हें आवश्यक प्रवाह दर और इंजेक्शन दबाव पर दहन कक्ष में आपूर्ति करना है। टरबाइन को बिजली देने के लिए ऊर्जा उच्च दबाव गैसों के विस्तार द्वारा प्रदान की जाती है जो आमतौर पर पंप किए जाने वाले प्रणोदकों के मिश्रण होते हैं। रेडियल पंप और अक्षीय टर्बाइन आम उपयोग के हैं। चित्रा 5 टर्बो पंप के बुनियादी तत्व और उनके मुख्य कार्य के साथ-साथ प्रवाह मार्ग।

3.थ्रस्ट चैंबर असेंबली

एक तरल प्रणोदक रॉकेट इंजन में प्रणोदक रासायनिक ऊर्जा को गर्म गैस गतिज ऊर्जा में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करके थ्रस्ट चेंबर असेंबली का कार्य उत्पन्न करना है। यह रूपांतरण दहन कक्ष में प्रणोदकों के दहन द्वारा पूरा किया जाता है, जिसके बाद उच्च गैस वेग और जोर प्राप्त करने के लिए एक अभिसरण विचलन नोजल के माध्यम से गर्म गैस का त्वरण होता है।

रॉकेट इंजन के थ्रस्ट चैंबर असेंबली के मूल तत्वों में निम्नलिखित घटक होते हैं जो उनके कामकाज में निकटता से जुड़े होते हैं और इसलिए कार्ड को समानांतर में डिज़ाइन किया जाना चाहिए जो इंजेक्टर हेड के लिए एक वेल्डेड होता है जो कि प्रणोदक वितरण को कई गुना रखता है और इग्निशन सिस्टम और दहन कक्ष लाइनर जिसमें गला खंड और नोजल का पहला भाग शामिल है जिसमें शीतलक के लिए इनलेट मैनिफोल्ड वेल्डेड है। चित्र 9 को देखते हुए वल्कन थ्रस्ट चैंबर का एक स्केच इन भागों की व्याख्या को सरल करता है।

उन्नत डिजाइन पद्धति

अध्याय 2.3.5 में संक्षेप में वर्णित नियतात्मक दृष्टिकोण का एक स्पष्ट विकल्प एक संभाव्य डिजाइन दृष्टिकोण है जो भौतिक गुणों की परिचालन स्थितियों की अनिश्चितताओं और अधिक संरचित तरीके से भार पर विचार करता है। संभाव्य दृष्टिकोण में डिज़ाइन चर को न तो एकल मान के रूप में देखा जाता है और न ही उन्हें ऊपरी या निचली सीमा तक तौला जाता है। इसके बजाय वे वास्तविक वितरण द्वारा दर्शाए गए हैं जो मापदंडों की भिन्नता हैं। एक वितरण मापदंडों या गणितीय मॉडल के असतत मूल्यों का हिस्टोग्राम है जो भिन्नता के एक सहज विवरण का प्रतिनिधित्व करता है।

जब हिस्टोग्राम या वक्र के नीचे के क्षेत्र को एक के मान के लिए सामान्यीकृत किया जाता है तो फ़ंक्शन को संभाव्यता घनत्व फ़ंक्शन कहा जाता है। मापदंडों को यादृच्छिक चर कहा जाता है। वितरण फलन तब यादृच्छिक चर के दिए गए मान के घटित होने की प्रायिकता निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है। स्थिर और गतिशील विश्लेषण दोनों के लिए एक विशिष्ट संरचनात्मक मॉडल नाममात्र हार्डवेयर ज्यामिति पर आधारित है। परिणामी विस्थापन भार और तनाव की तुलना तब भौतिक डेटा चक्रीय थकान या अंतिम शक्ति से की जाती है।

सामग्री डेटा को उपलब्ध सामग्री के निचले बाध्य मूल्यों के रूप में लिया जाता है जो डेटा का परीक्षण करता है। डेटा और अनुमानित मूल्यों के बीच अनुपात निर्दिष्ट सुरक्षा मार्जिन के भीतर होना चाहिए। अनुमानित वितरण विफलता की संभावना दिखाते हैं, न कि मूल्य या सुरक्षा। विफलता के लिए प्रत्येक चर की संवेदनशीलता जो परिणाम का हिस्सा है और यह जानकारी डिजाइनर को चर के प्रभाव के लिए बेहतर महसूस करने में मदद करती है। विफलता के अंतर्निहित जोखिम के बारे में जानकार बनने के लिए यह आवश्यक है और इसका आकलन करें कि महापौर कारणों की पहचान करें और बाधाओं को डिजाइन के भीतर उन्हें कम करें।

उन्नत अवधारणाएं

नई अवधारणा या डिजाइन को सिस्टम या घटक की विश्वसनीयता प्रदर्शन या लागत प्रभावशीलता में सुधार करने की क्षमता दिखाना है और हाल के वर्षों में विश्वसनीयता और लागत हावी हो गई है। इसलिए वर्तमान विकास कम लागत वाले दृष्टिकोणों से निपटते हैं जैसे कि आरएस –68 या अधिक हाल के यूरोपीय वल्कन एक्स अध्ययनों को डिजाइन करते हैं। इस अध्याय के भीतर नई अवधारणाओं की एक श्रृंखला और एक उपन्यास डिजाइन पद्धति दृष्टिकोण पर चर्चा की गई है और उपर्युक्त ड्राइवरों के लिए उनका संभावित योगदान शो होगा।

1.उन्नत इग्निशन डिवाइस

एक इग्निशन सिस्टम को मिशन समुद्र स्तर वैक्यूम या एकाधिक इग्निशन की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और आगे की सीमा स्थितियों जैसे कि प्रणोदक चरण और तापमान के साथ-साथ ज्यामितीय और बिजली की कमी के लिए खातों को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इन स्थितियों के लिए किसी भी सुधार को ध्यान में रखना होगा और सबसे अधिक संभावना मिशन विशिष्ट भी होगी।

सिस्टम में सुधार का सबसे सरल रूप भागों की संख्या को कम करके जटिलता को कम करना है। यह घटक वजन में कमी के साथ जोड़ा जा सकता है। एक उदाहरण अतिरिक्त प्रणोदकों के बजाय मूल प्रणोदक का उपयोग करना हो सकता है। पुन: प्रज्वलित करने वाले इंजनों के लिए एक साधारण आतिशबाज़ी प्रणाली पर्याप्त नहीं है और दूसरे रूप का उपयोग करना पड़ता है। अक्सर गैसीय दबाव वाले प्रणोदक लागू होते हैं जिन्हें उचित मिश्रण अनुपात में इग्निशन कक्ष में भेजा जाता है और फिर दहन कक्ष में इंजेक्ट किया जाता है।

एकाधिक प्रज्वलन के लिए पर्याप्त मात्रा में प्रणोदक की आवश्यकता होती है और इस प्रकार टैंक काफी बड़े होते हैं। यदि समान विश्वसनीयता वाली कोई अन्य प्रणाली उपलब्ध हो जाती है, तो वाल्व इग्निशन चेंबर सहित पूरी प्रणाली को भी छोड़ा जा सकता है। हालांकि अभी तक कारों में उपयोग नहीं किया गया है, फिर भी ऑटोमोटिव उद्योग अपने आंतरिक दहन इंजनों के लिए इग्नाइटर विकसित करता है जो सेमीकंडक्टर लेजर लागू करते हैं जैसा कि हम पहले से ही अपने एमपी 3 या सीडी प्लेयर में उपयोग करते हैं। निरंतर तरंग से पल्स मोड ऑपरेशन में परिवर्तन ऑप्टिकल शक्ति में काफी वृद्धि की अनुमति देता है।

उन्नत इंजेक्शन तकनीक

उच्च परिशुद्धता निर्माण योग्यता निरीक्षण और परीक्षण उच्च परिशुद्धता बढ़ते और इंजेक्टर के लिए गुणवत्ता आश्वासन प्रक्रियाएं समय लेने वाली और महंगी हैं। ऊपर वर्णित प्रक्रियाओं को बदलने के दो संभावित तरीके हैं पहला सरल इंजेक्टर डिज़ाइन के माध्यम से सटीक आवश्यकताओं में कमी या दूसरा इंजेक्टर द्रव्यमान प्रवाह दर में वृद्धि के माध्यम से इंजेक्शन तत्वों की संख्या में कमी।

निष्कर्ष

रॉकेट इंजन के बुनियादी घटकों और विशेषताओं के विवरण के आधार पर क्षेत्रों की पहचान की गई है और संभावित सुधारों की चर्चा के लिए मार्ग प्रशस्त करने के लिए भौतिक और तकनीकी सीमाएं दी गई हैं। गैस जनरेटर या प्री-बर्नर के विषयों के साथ-साथ उन क्षेत्रों में शामिल नहीं थे जहां संभावित प्रगति का प्रस्ताव दिया गया था, हालांकि थ्रस्ट चैंबर्स इग्निशन सिस्टम या इंजेक्टर के लिए प्रस्तावित कुछ तकनीकों को अन्य दहन उपकरणों के लिए भी लागू होना चाहिए। एक उन्नत लेजर आधारित इग्निशन सिस्टम की अवधारणा पर चर्चा की गई और वर्तमान स्थिति दी गई।

इसके अतिरिक्त एक इंजेक्शन सिस्टम डिज़ाइन जिसका उद्देश्य सरल LOX पोस्ट और एक झरझरा फेस प्लेट के साथ प्रदर्शन पर नगण्य प्रभाव के साथ बहुत सस्ता डिज़ाइन प्रस्तावित किया गया था और नमूना परिणाम दिए गए थे। कॉर्न सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट या इफ्यूजन कूलिंग जैसी नई सामग्रियों को शामिल करते हुए थ्रस्ट चैंबर कूलिंग तकनीकों में सुधार की विभिन्न संभावनाओं को दिखाए गए विभिन्न पहलुओं के बारे में बताया गया। इसके अतिरिक्त मुख्य चरण इंजन के लिए फायदे और बुनियादी सुविधाओं और उन्नत नोजल अवधारणा का वर्णन किया गया था और प्रौद्योगिकी की वर्तमान मूर्तियों की व्याख्या की गई थी। अंत में एक उपन्यास डिजाइन पद्धति संभाव्य डिजाइन दृष्टिकोण को संक्षेप में वर्णित किया गया था।