Wind tunnel Model and EPS Design for a BLI Aircraft Configuration Based On NumericInvestigations
यह शोध पत्र एक डाउन-स्केल्ड विंड टनल मॉडल के डिजाइन और अनुकूलन को प्रस्तुत करता है जिसमें एक एफ्ट-माउंटेड बाउंड्री लेयर इंजेशन (BLI) विमान विन्यास के लिए एक नवीन विद्युत संचालित सिम्युलेटर (EPS) शामिल है, जो 80% आइसेंट्रोपिक दक्षता प्राप्त करता है और जटिल एयरफ्रेम-प्रोपल्शन इंटरैक्शन के संख्यात्मक अनुमानों को मान्य करने के लिए एक विश्वसनीय मंच प्रदान करता है।
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कल्पना कीजिए कि आप एक अत्यंत कुशल हवाई जहाज बनाने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन केवल पंखों के नीचे इंजन लगाने के बजाय—जैसे किसी यात्री के पीठ पर बैग टांग दिया जाता है—आप उन्हें सीधे विमान के पिछले हिस्से (फ्यूज़लेज) के अंदर छिपाना चाहते हैं। इसे "बाउंड्री लेयर इनजेशन" (BLI) कहा जाता है। विमान के ऊपर बहने वाली हवा को एक फिसलने वाली स्लाइड पर बहते हुए गाढ़े, चिपचिपे शहद की तरह समझें। जब तक यह हवा पूंछ तक पहुँचती है, यह धीमी, अस्त-व्यस्त और घर्षण से भरी होती है। एक सामान्य इंजन इस हवा से नफरत करेगा; उसे साफ और तेज़ हवा चाहिए। लेकिन एक BLI इंजन इस धीमी, चिपचिपी हवा को "खाने", इसे साफ करने और विमान को आगे धकेलने के लिए पीछे की ओर छोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह एक वैक्यूम क्लीनर की तरह है जो केवल धूल नहीं खींचता, बल्कि उस धूल का उपयोग ही सक्शन (चूषण) की शक्ति बढ़ाने के लिए करता है। समस्या यह है कि यह वास्तव में काम करता है या नहीं, इसका पता लगाना एक बुरा सपना है। आप एक पूर्ण आकार का विमान बनाकर परीक्षण नहीं कर सकते; यह बहुत महंगा और खतरनाक है। इसलिए, वैज्ञानिक छोटे मॉडल बनाते हैं और विशाल सुरंगों (विंड टनल) में उनके ऊपर हवा प्रवाहित करते हैं। लेकिन यहाँ एक पेंच है: यदि आप इंजन को बहुत अधिक छोटा कर देते हैं, तो हवा का व्यवहार बदल जाता है, और यदि आप इसे एक छोटे वास्तविक जेट इंजन से चलाने की कोशिश करते हैं, तो यह बहुत गर्म हो जाता है या इसका ईंधन खत्म हो जाता है। आपको इंजन के 'धक्के' का अनुकरण करने के लिए एक ऐसे तरीके की आवश्यकता है जिसमें गर्मी या ईंधन की आवश्यकता न हो, जबकि हवा बिल्कुल वैसा ही व्यवहार करे जैसा कि एक वास्तविक, विशाल विमान पर करेगी।
यह शोध पत्र इस कहानी को बताता है कि कैसे इंजीनियरों और वैज्ञानिकों की एक टीम ने ठीक ऐसा ही एक चतुर यंत्र बनाया। उन्होंने एक भविष्यवादी विमान के विंड टनल मॉडल के लिए एक विशेष "इलेक्ट्रिकली पावर्ड सिम्युलेटर" (EPS) डिजाइन किया। एक जलते हुए जेट इंजन के बजाय, उन्होंने एक पंखे को घुमाने के लिए एक शक्तिशाली इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग किया। लेकिन केवल एक पंखे को घुमाना पर्याप्त नहीं था; हवा को बिल्कुल सही बल और गति के साथ धकेला जाना था ताकि वह एक वास्तविक विमान के उड़ान भरने की नकल कर सके। टीम को एक कठिन पहेली का सामना करना पड़ा: उन्हें इलेक्ट्रिक मोटर को बिजली देने के लिए इंजन के माध्यम से तार और कूलेंट पाइप चलाने की आवश्यकता थी, लेकिन इन पाइपों को जोड़ने से इंजन के आंतरिक ब्लेड का आकार बदल गया, जिससे हवा का प्रवाह अव्यवस्थित और अक्षम हो गया। यह एक मैराथन दौड़ने की कोशिश करने जैसा था जबकि आप एक भारी बैकपैक लेकर चल रहे हों जो बार-बार आपके रास्ते में आ रहा हो। इसे ठीक करने के लिए, उन्होंने इंजन के भीतर स्थिर ब्लेडों (स्टेटर) को फिर से डिजाइन करने के लिए उन्नत कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने "इनवर्स एयरफॉइल डिजाइन" नामक एक विधि का उपयोग किया, जो बिल्कुल उल्टा है—यानी, आदर्श वायु प्रवाह से पीछे की ओर काम करते हुए यह पता लगाना कि ब्लेड का आकार वास्तव में कैसा होना चाहिए था। उनके सिमुलेशन ने दिखाया कि यह नया डिज़ाइन उनके पहले प्रयास की तुलना में 4% अधिक दक्षता (एफिशिएंसी) प्राप्त कर सकता है, जो 50 किलोवाट की शक्ति पर 80% दक्षता के लक्ष्य तक पहुँच जाता है। उन्होंने ऊर्जा के नुकसान को सटीक रूप से मापने के लिए "एक्सेर्जी एनालिसिस" नामक एक विशेष गणितीय उपकरण का भी उपयोग किया, जिसमें विमान को एक जटिल ऊर्जा बजट की तरह माना गया जहाँ ऊर्जा की हर बर्बाद हुई गर्मी या घर्षण एक खोए हुए डॉलर की तरह है। परिणाम स्वरूप, एक विंड टनल मॉडल प्राप्त हुआ जो अंततः इन भविष्यवादी इंजनों का उच्च सटीकता के साथ परीक्षण कर सकता है, यह सिद्ध करता है कि तारों और पाइपों की जटिल वास्तविकता के बावजूद, हम अभी भी ऐसे इंजन बना सकते हैं जो "चिपचिपी" हवा को पीते हैं और उसे एक अत्यंत कुशल धक्के में बदल देते हैं।
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