वेरिएबल साइकिल इंजन को समझना

चर चक्र इंजन (VCE) जेट प्रणोदन डिजाइन में एक मूलभूत बदलाव का प्रतिनिधित्व करते हैं। पारंपरिक इंजनों के विपरीत जो एक निश्चित थर्मोडायनामिक चक्र पर काम करते हैं, VCE अपने आंतरिक वायु प्रवाह और उड़ान में संपीड़न अनुपात को फिर से कॉन्फ़िगर कर सकते हैं। यह क्षमता इंजन को टेकऑफ़ और युद्ध के दौरान उच्च-थ्रस्ट कम बाईपास टर्बोफैन की तरह व्यवहार करने की अनुमति देती है, फिर क्रूज के दौरान ईंधन-कुशल उच्च-पास टर्बोफैन में रूपांतरित होती है। कुंजी सक्षम अनुकूली प्रशंसक प्रौद्योगिकी है: परिवर्तनीय ज्यामिति का एक सेट, इनलेट गाइड वैन, परिवर्तनीय-पिच प्रशंसक ब्लेड, और समायोज्य बाईपास नलिकाएं, जो एयर पथ को संशोधित करती हैं।

कैसे VCEs डिफर पारंपरिक इंजन से

पारंपरिक सैन्य जेट इंजन को एक मिशन खंड के लिए अनुकूलित किया गया है। कम बाईपास टर्बोफैन, जैसे कि एफ-16 या एफ-18 पर, कम शक्ति पर खराब ईंधन अर्थव्यवस्था की लागत पर उच्च जोर से वजन अनुपात प्रदान करते हैं। उच्च बाईपास टर्बोफान, एयरलिफ्टर्स और बमवर्षक में इस्तेमाल किया जाता है, ईंधन दक्षता में उत्कृष्टता प्राप्त करते हैं लेकिन उच्च ड्रैग और धीमी गति से मुकाबला में त्वरण से पीड़ित होते हैं। वीईसीई इस अंतर को सक्रिय रूप से बायपास अनुपात को बदलकर खींचते हैं। उदाहरण के लिए, कम-bypass मोड में इंजन सुपरसोनिक डैश गति को बनाए रख सकता है; उच्च बाईपास मोड में यह एक एकल टैंक पर घंटे के लिए एक विशेष रूप से दो प्रकार के थर्मोप्लांटेड पावर को जोड़ सकता है।

सैन्य विमानन के लिए परिवर्तनीय साइकिल इंजन के प्रमुख लाभ

ऑपरेटिंग मोड के बीच स्विच करने की क्षमता एक ऐसा लाभ प्रदान करती है जो सीधे आधुनिक युद्ध की मांग को संबोधित करते हैं। ये लाभ सरल प्रदर्शन मीट्रिक से परे हैं और मिशन योजना, रसद और यहां तक कि विमान डिजाइन को प्रभावित करते हैं।

बढ़ी हुई लड़ाकू प्रदर्शन

जब एक विमान को कुत्ते के लिए अधिकतम जोर की जरूरत होती है, तो सुपरसोनिक डैश, या इवेसिव मैन्यूवर्स, VCE खुद को कम बाईपास, उच्च-थ्रस्ट मोड के लिए कॉन्फ़िगर करता है। यह एक ही प्रशंसक व्यास पर एक तुलनीय फिक्स्ड-साइकिल इंजन पर जोर देने में 10-20% की वृद्धि प्रदान करता है। बेहतर त्वरण और चढ़ाई की दर पायलटों को करीब-रेंज सगाई में निर्णायक बढ़त देती है। इंजन भी थ्रॉटल इनपुट के लिए तेजी से प्रतिक्रिया करता है क्योंकि परिवर्तनीय ज्यामिति को पारंपरिक कंप्रेसर ब्लेड या ईंधन प्रवाह परिवर्तनों की तुलना में अधिक तेज़ी से समायोजित किया जा सकता है।

विस्तारित रेंज और ईंधन दक्षता

पारगमन, गश्ती या हड़ताल मिशन के लिए लंबे पैरों की आवश्यकता होती है, VCE एक उच्च बाईपास, उच्च दक्षता मोड में स्विच करता है। अनुकूली प्रशंसक प्रभावी रूप से एक परिवर्तनीय व्यास नलिका के रूप में कार्य करता है, जिससे आने वाली हवा के अनुपात को कोर को बायपास करने की अनुमति मिलती है। यह एक पारंपरिक afterburning टर्बोफैन की तुलना में 25% तक विशिष्ट ईंधन की खपत को कम करता है। ऑपरेशनल रेंज समान ईंधन भार के लिए 30-50% तक बढ़ा सकती है, जो दिए गए अभियान का समर्थन करने के लिए आवश्यक टैंकर सॉर्टी की संख्या को काफी कम कर सकती है। विमान वाहकों से संचालित नौसेनाओं के लिए, इसका मतलब प्रक्षेपण चक्र प्रति एक बड़ा मुकाबला है, सीधे हड़ताल क्षमता में सुधार।

बहु-विविधता

आधुनिक सैन्य मांग करते हैं कि एक एकल एयरफ्रेम विविध भूमिकाओं को निष्पादित करता है: वायु श्रेष्ठता, करीबी वायु समर्थन, पुनर्जागरण, इलेक्ट्रॉनिक युद्ध, और यहां तक कि समुद्री गश्ती भी। एक VCE-Equipped विमान ऐसे मिशन-स्विचिंग के लिए बेहतर अनुकूल है क्योंकि इसका इंजन विशिष्ट आवश्यकता के अनुरूप हो सकता है। एक चुपके से पुनर्जागरण मिशन न्यूनतम अवरक्त हस्ताक्षर के साथ एक सबसोनिक, कम हस्ताक्षर इंजन मोड से लाभ उठा सकता है, जबकि एक ही विमान बिना किसी धराशा के अवरोध के लिए एक उच्च गति वाले मोड पर स्विच कर सकता है। यह लचीलापन संस्करण-विशिष्ट इंजन डिजाइन की आवश्यकता को कम करता है और बेड़े प्रबंधन को सरल बनाता है।

रसद और रखरखाव लाभ

ईंधन दक्षता सीधे रसद पदचिह्न को कम करती है। जमीनी ईंधन भरने के बीच में ईंधन भरने की मांग और लंबे अंतराल को ईंधन देने के लिए ईंधन ट्रकों, भंडारण डिपो, और तैनात इकाइयों का समर्थन करने के लिए कर्मियों की आवश्यकता को कम करती है। इसके अतिरिक्त, VCE उन्नत स्वास्थ्य निगरानी और आत्म-संशोधन सुविधाओं को शामिल करता है जो बिना किसी निर्धारित रखरखाव को कम कर सकते हैं। परिवर्तनीय geometries स्वयं निर्मित समायोजनकर्ता के रूप में कार्य करते हैं जो घटक पहनने की क्षतिपूर्ति करते हैं, संभावित रूप से विंग पर समय बढ़ाते हैं। बेड़े में Fewer इंजन प्रकार भी अतिरिक्त भाग की आविष्कारों और प्रशिक्षण आवश्यकताओं को समेकित करते हैं।

भविष्य के उन्नयन के लिए स्केलेबिलिटी

डिजाइन द्वारा, VCE मॉड्यूलर और सॉफ्टवेयर नियंत्रणीय हैं। नई शीतलन प्रौद्योगिकियों, सामग्रियों या डिजिटल इंजन नियंत्रण के रूप में उभरते हैं, इंजन को पूर्ण रीडिज़ाइन के बिना अपडेट किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, तीसरे प्रवाह आर्किटेक्चर को निर्देशित ऊर्जा हथियारों के लिए या उन्नत एवियोनिक्स को ठंडा करने के लिए ब्लेड एयर की आपूर्ति करने के लिए पुनः उद्देश्य दिया जा सकता है। यह भविष्य में प्रूफिंग महत्वपूर्ण है क्योंकि अमेरिकी वायु सेना और नौसेना ओपन-आर्काइटक्चर प्रोपल्सन सिस्टम की ओर बढ़ जाती है जो विमान के जीवनकाल में वृद्धिशील सुधार की अनुमति देती है।

वर्तमान विकास कार्यक्रम

कई प्रमुख पहलों को सक्रिय करने के लिए सक्रिय हैं। दो प्रमुख हैं अनुकूली इंजन संक्रमण कार्यक्रम (AETP) और अगली पीढ़ी के अनुकूली प्रोपल्सन (NGAP) कार्यक्रम, दोनों को अमेरिका द्वारा प्रबंधित एयर फोर्स रिसर्च लेबोरेटरी (AFRL)।

F-35 इंजन रिप्लेसमेंट

AETP मूल रूप से F-35 लाइटनिंग II पर प्रैट एंड व्हिटनी F135 को बदलने के लिए एक अनुकूल प्रशंसक इंजन विकसित करने पर केंद्रित है। जनरल इलेक्ट्रिक और प्रैट एंड व्हिटनी दोनों ने प्रोटोटाइप बनाया: GE से XA100 और XA101 से PW से। इन इंजनों ने महत्वपूर्ण ईंधन बचत (50% तक) और थर्मल प्रबंधन में सुधार का प्रदर्शन किया, साथ ही साथ बढ़ी हुई जोर। हालांकि, 2025 तक, अमेरिकी रक्षा विभाग ने पूरी तरह से नए विमानों को NGAD के तहत विकसित करने के पक्ष में F-35 फिर से इंजन से ध्यान केंद्रित किया है। फिर भी, AETP से प्रौद्योगिकी परिपक्वता ने सीधे अगली पीढ़ी के इंजनों को सूचित किया है।

NGAD के लिए अगली पीढ़ी के अनुकूली प्रस्ताव

NGAP कार्यक्रम को स्पष्ट रूप से अमेरिका के एयर फोर्स के अगली पीढ़ी के एयर डोमिनेंस (NGAD) परिवार से जुड़ा हुआ है, जो 2030 के दशक में सेवा में प्रवेश करने की उम्मीद करता है। NGAP इंजन को छठे पीढ़ी की विशेषताओं के लिए अनुकूलित किया जाएगा: उच्च ऊंचाई पर लंबे धीरज, सुपरसोनिक दृढ़ता और अत्यधिक कम अवलोकनशीलता। इन इंजनों की संभावना न केवल परिवर्तनीय चक्र अवधारणाओं को शामिल करती है बल्कि हाइब्रिड-इलेक्ट्रिक और थर्मल प्रबंधन प्रणाली भी शामिल है। DARPA एडवांस्ड फुल रेंज इंजन (AFRE) कार्यक्रम हाइपरसोनिक अनुप्रयोगों के लिए परिवर्तनीय चक्र अवधारणाओं की खोज भी कर रहा है, हालांकि वे अभी तक एक कार्यक्रम का हिस्सा नहीं हैं।

चुनौतियां और सीमाएं

स्पष्ट फायदे के बावजूद, चर चक्र इंजन महत्वपूर्ण बाधाओं का सामना करते हैं। परिवर्तनीय ज्यामिति की यांत्रिक जटिलता - पारंपरिक actuators, सील और नियंत्रण कानून - वजन, लागत और संभावित विफलता बिंदुओं को बढ़ाता है। अलग-अलग मोडों में कुशल संपीड़न के लिए आवश्यक सटीक मंजूरी को बनाए रखना एक सामग्री और विनिर्माण चुनौती है। थर्मल प्रबंधन अधिक कठिन हो जाता है क्योंकि इंजन को कोर और अनुकूली प्रशंसक प्रणालियों दोनों से गर्मी को अस्वीकार करना चाहिए। इसके अतिरिक्त, वीईसीई को विकसित करने, परीक्षण और प्रमाणित करने की लागत पारंपरिक इंजन की तुलना में काफी अधिक है। उदाहरण के लिए, एईटीपी कार्यक्रम ने प्राथमिकताओं को स्थानांतरित करने से पहले 4 बिलियन डॉलर से अधिक खर्च किया।

चर चक्र इंजन का भविष्य

वर्तमान कार्यक्रमों से परे, VCE प्रौद्योगिकी के मध्य-21 वीं सदी के सैन्य विमान में एक मानक सुविधा बनने की संभावना है। शोधकर्ता पहले से ही "अनुकूली चक्र" इंजन की जांच कर रहे हैं जो मिशन चरण, मौसम और एयरफ्रेम स्वास्थ्य के आधार पर वास्तविक समय में चक्र मापदंडों को अनुकूलित करने के लिए डिजिटल जुड़वाँ और मशीन लर्निंग का उपयोग करते हैं। हाइब्रिड पैराइलेक्ट्रिक वितरित प्रणोदन के साथ एकीकरण VCE को मानव रहित युद्ध वायु वाहनों के लिए रेंज विस्तारक के रूप में कार्य करने की अनुमति दे सकता है, जबकि तीसरे प्रवाह वायु प्रवाह को सक्रिय रूप से सक्षम करने के लिए सक्षम हो सकता है।

निष्कर्ष

चर चक्र इंजन सैन्य विमान के लिए एक परिवर्तनीय क्षमता प्रदान करते हैं, कम बाईपास और उच्च बाईपास डिजाइन के सर्वश्रेष्ठ लक्षणों को एक एकल, अनुकूलनीय पावरप्लांट में जोड़ते हैं। वे बेहतर युद्ध जोर देते हैं, काफी बेहतर ईंधन दक्षता प्रदान करते हैं, और रसद बोझ को कम करते हुए बेजोड़ मिशन लचीलापन और भविष्य की प्रौद्योगिकी उन्नयन का समर्थन करते हैं। AETP और NGAP जैसे कार्यक्रमों ने अंतर्निहित तकनीकों को उस बिंदु पर परिपक्व किया है जहां परिचालन तैनाती अब क्षितिज पर है। लागत और जटिलता की चुनौतियों वास्तविक लेकिन प्रबंधनीय हैं, और परिचालन प्रभावशीलता के मामले में पेऑफ़ बहुत बड़ा है। चूंकि अमेरिकी वायु सेना और नौसेना अगली पीढ़ी के वायु प्रभुत्व प्रणालियों की ओर बढ़ जाती है, जो उनके कठिन लड़ाकूट के लिए एक कठिन है।