தாரைப் பொறி
தாரை இயந்திரம் (Jet engine) என்பது, நியூட்டனின் இயக்க விதிகளின் அடிப்படையில் உயர் வேகத்தில் புறந்தள்ளப்படும் காற்றுத்தாரையினால், உந்துவிசையை பிறப்பிக்கும் ஒரு எதிர்வினை இயந்திரம் (reaction engines) ஆகும். இவ்வகையாய் உந்து விசை பிறப்பித்தல் ”தாரை உந்துகை” (jet propulsion) எனப்படும். தாரை இயந்திரங்கள் என்ற பரந்த வரையறைக்குள், உலைத்தாரை (turbo-jet), உலைச்சுழலி (turbofan), உலைச்சுழல் உந்தி (turboprop), ஏவூர்தி (rocket engine), திணிப்புத்-தாரை(ramjet) மற்றும் சுண்டு இயக்கத்தாரை (pulsejet) எனப் பல் வகைப்பட்ட இயந்திரங்களும் அடங்கும். பொதுவாக தாரைப் இயந்திரங்களெல்லாம் அனல் இயந்திரங்களே (combustion engines) , எனினும் அனலறு (non combustion engines) தாரை இயந்திரங்களும் உண்டு.
பொதுவான சொல்லாடலில், “தாரை இயந்திரங்கள்” என்பது, 'காற்று-உறிஞ்சும்' 'உள் அனல்' (air breathing internal combustion) தாரை இயந்திரங்களையே குறிக்கும். இவையாவும் 'ப்ரேட்டன்’ சுழல்வு (Brayton Cycle), எனும் 'வெப்ப இயக்கவியல் தொடர்முறையின்' (thermodynamic process) அடிப்படையில் இயங்குகின்றன. இவ்வாறான தாரை இயந்திரங்கள், அடிப்படையில் காற்றமுக்கி (compressor), உலை அனல்குடம் (combustion chamber) சுழலாழி (turbine) உந்து பொழிவாயில் (propelling nozzle) ஆகிய அங்கங்களை உள்ளடக்கும். நுளை வாயினூடாக உள் உறிஞ்சப்படும் காற்று 'பல்லடுக்கு காற்றமுக்கியினால்' (multi stage compressor) படிமுறையாக ஒடுக்கப்பட்டு உயர் அமுக்கத்தில் உலை அனல் குடத்தில் எரிபொருளோடு அனலூட்டப் படுகின்றது. அவ்வாறு எரிவூட்டப்பட்ட உயர் வேகக் காற்று-எரிபொருள் கலவை, ஒரு பல்லடுக்கு சுழலாழியினை (turbine) இயக்குகின்றது. இச்சுழலாழி பல்லடுக்கு காற்றமுக்கி சுழற்றுவதற்கு தேவையான இயக்கச்சக்தியினை வழங்குகின்றது. சுழலாழியினைத் தாண்டி வரும் உயர்வேகக் காற்று-எரிபொருள் கலவை பின்னர் உந்து பொழிவாயின் ஊடாக உயர் வேகத்தில் வெளித்தள்ளப்படுகின்றது. பொழிவாயின் ஒடுங்கு வாய் அமைப்பு (convergence) சுழலாழியைத் தாண்டி வரும் காற்றின் வேகத்தை பன்மடங்காக உயர்த்தும் ஆற்றல் கொண்டது. இவ்வாறு உயர் வேகத்தில் வெளித்தள்ளப்படும் காற்றுத்தாரை வானோடம் முன் நகரத் தேவையான உந்துவிசையை பிறப்பிக்கின்றது.
தாரை விமானங்கள், இவ்வகையான தாரை இயந்த்திரங்களை தொலைதூர வான் பயணங்களுக்கு பயன்படுத்தின. தாரை விமானங்கள் அறிமுகமான ஆரம்ப காலங்களில் பெரும்பாலும் உலைத்தாரை (turbo jet) இயந்திரங்களே பயன்படுத்தப்பட்டன. எனினும் தாழொலி வேகப் (subsonic) பயணங்களில் உலைத்தாரை இயந்திரங்களின் வினைத்திறன் (efficiency) மிகவும் குறைவாகவே இருந்தது. நவீன தாழொலி வேக தாரை விமானங்கள் (subsonic jet aircraft), பெருமளவில் 'மிகைப் புறம் தள்ளும் உலைச்சுழலி' (high bypass turbo fan) இயந்திதிரங்களையே வழக்கமாகப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த இயந்திரங்க்ள், 'மீளசைவுள்ள ஆடுதண்டு சுழலுந்தி இயந்திரங்களினால்' (reciprocating piston driven propellor engines) இயக்கப்படும் விமானங்களை விட கூடிய வேகத்தையும், மிகுந்த எரிபொருள் நுகர் திறனையும் (fuel efficiency) கொனண்டவை.
வரலாறு
தொகுகி.பி. முதலாம் நூற்றாண்டில், ஏயோலிபைலின் கண்டுபிடிப்பிலிருந்தே தாரைப்பொறிகளின் வரலாறு தொடங்குகிறது, இந்த சாதனம், நீராவிசக்தியை இரண்டு தூம்புவாய்களுக்குள் செலுத்தி, ஒரு கோளத்தை அதன் அச்சை மையப்படுத்தி வேகமாக சுழலச் செய்தது. அறிந்தவரையில், இது எந்தவொரு இயந்திரசக்தியையும் நடைமுறைப் பயன்பாட்டையும் அளிக்காததால், அதிக அளவில் ஏற்கப்படவில்லை எனினும், ஒரு ஆர்வத்தை ஏற்படுத்தியது
சீனர்களால், 13ஆம் நூற்றாண்டில் கன் - பவுடரினால் இயக்கப்படும் ஏவூர்தியை ஒரு பட்டாசாக உருவாக்கப்பட்டு, பின்பு அது ஒரு வீழ்த்தமுடியாத ஆயுதமாக உருவெடுத்ததிலிருந்துதான் தாரை உந்துகையின் வரலாறு உண்மையில் பறக்கத்தொடங்கியது. சக்திமிகுந்ததாக இருந்தபோதிலும், இந்த ஏவூர்திகள் குறிப்பிட்ட பறக்கும்வேகத்திற்கு, குறைவான வினைத்திறனுடனே செயல்பட்டது. அதனால், தாரை உந்துகைத் தொழில்நுட்பம், ஒரு நூறாண்டுகளுக்கு மேலாகத் தேங்கித்தான் கிடந்தது.
காற்றிழுப்பு தாரைப் பொறிகளின் ஆரம்பக்கட்ட முயற்சிகளெல்லாம், கலப்பினவடிவங்களே. அதில் முதலில் வெளியிலிருக்கும் ஒரு சக்திமூலத்தால் காற்றை அமுக்கி, எரிவாயுவுடன் அதைக் கலந்து, தாரைவிசைக்காக எரிக்கப்படும். செகண்டோ கேம்பினியின், வெப்பத்தாரையில் (thermojet), பொதுவாக இயக்கி-தாரை (Motorjet) எனப்படும் அந்தப்பொறியில், வழக்கமான தண்டுப் பொறியால் இயக்கப்பகும் ஒரு விசிறியால், காற்று அமுக்கப்படும். இந்த வடிவத்திற்கு எடுத்துக்க்காட்டுகள், கேப்ரோனி கேம்பினி N.1., மற்றும் இரண்டாம் உலகப்போரின் இறுதியில் ஓக்கா காமிக்கேஸ் விமானங்களை இயக்க உருவாக்கப்பட்ட ஜப்பானியரின், ட்ஸு - 11 பொறி. ஆனால், எதுவும் வெற்றியடையவில்லை; N.1 வழக்கமான பொறி மற்றும் உந்தி சேர்க்கையோடு அமைந்த மரபு வடிவமைப்பைவிட வும் மெதுவாக சென்றது.
இரண்டாம் உலகப்போர் தொடங்கும் முன்பே, பொறியாளர்கள் உந்தியை இயக்கும் பொறிகள் தங்களில் அதிகபட்சமாக அடைய இயலும் செயல்திறனில், கட்டுப்பாடுகள் இருப்பதை உணர்ந்தனர். இந்த கட்டுப்பாடிற்கு காரணம், உந்தி அலகுகள் ஒலியின் வேகத்தை அடையும்பொழுது உந்தி வினைத்திறன் குறைகின்றன. விமானத்தின் செயல்திறன் இந்த தடையைத் தாண்டி அதிகரிக்கவேண்டுமெனில், வேறு உந்துகை பொறியமைப்பை பயன்படுத்த ஒரு வழியைக் கண்டுபிடிக்க வேண்டும். இதுவே, ஒரு “ஆவி-விசையாழிப் பொறி”க்கான (பொதுவாக தாரைப் பொறி) உருவாக்கத்திற்கு உந்துதலாக அமைந்து, ரைட் சகோதரர்களின் முதல் விமானத்தைப்போன்றதொரு புரட்சியை வானூர்தித்துறைக்கு ஏற்படுத்தியது.
ஒரு தாரைப் பொறியின் முக்கியக்கூறாக அமைவது, பொறியிலிருந்தே ஒரு பகுதி சக்தியை எடுத்து, காற்றமுக்கியை இயக்கும் ஆவி-விசையாழிப் பொறியாகும். ஆனால், இந்த ஆவி-விசையாழிப் பொறி1930களில் உருவாக்கப்பட்ட திட்டம் இல்லை: 1791இல் இங்கிலாந்தைச் சேர்ந்த ஜான் பார்பருக்கு ஒரு நிலையான விசையாழிக்கான காப்புரிமை வழங்கப்பட்டது. முதன்முதலில் 1903இல் தான் ஒரு வெற்றிகரமாக ஓடும் சுயசார்பான ஆவி-விசையாழி நார்வே பொறியாளர் எகிடியஸ் எல்லிங்கால் கட்டமைக்கப்பட்டது. வடிவமைப்பிலும், நடைமுறை பொறியியலிலும், உலோகவியலிலும் இருந்த கட்டப்பாடுகளால் இவ்வகைப் பொறிகள் உற்பத்தியை அடைய தடைகளாக இருந்தன. முக்கியக்காரணங்களாக பாதுகாப்பு, நம்பகத்தனமை, எடை மற்றும் குறிப்பாக நிலைத்த செயல்பாடு அமைந்தன.
ஆவி-சுழற்பொறியை ஒரு விமானத்தை இயக்குவதற்காக பயன்படுத்த, முதல் காப்புரிமையை 1921இல் பிரெஞ்சுக்காரர் மேக்ஸிம் க்யுலாம் பதிவு செய்தார். அவரது பொறி, அச்சு-ஓட்ட சுழல்தாரை வகையைச்சார்ந்தது. “An Aerodynamic Theory of Turbine Design" (சுழல் பொறி வடிவமைப்பில் காற்றியக்கவியல் தத்துவம்) என்ற தலைப்பில் ஒரு ஆய்வறிக்கையை ஆலன் அர்னால்ட் கிரிஃபித் என்பவர் 1926இல் வெளியிட்டார்.
பயன்கள்
தொகுதாரைப்பொறி ஆகாய விமானம், ஏவுகணைகள் மற்றும் ஆளில்லா விமான வாகனங்களுக்கு சக்தியினை அளிக்கின்றது. ராக்கெட் இயந்திர வடிவு, வானவேடிக்கை, மாதிரி ஏவுகணை, விண்வெளி விமானம் மற்றும் இராணுவ ஏவுகணைகளுக்கு சக்தியினை கொடுக்கின்றன. தாரைப்பொறிகள் அதிவேக கார்களை இயக்குவதற்கு பயன்படுகின்றன. குறிப்பாக பந்தய கார்களை இயக்க பயன்படுகின்றன. தற்போது ஒரு டர்போ விசிறி பயன்படுத்தி இயக்கப்படுகிற கார்தான் நிலத்தின் மீது செல்லக்கூடிய வேகமான கார் என்ற சாதனையைப் பெற்றுள்ளது. இவை உந்தித்தள்ளும் திறனையும் அதிகரிக்கின்றது. ஜெட் இயந்திர வடிவமைப்புகள் அடிக்கடி விமானம் அல்லாத பயன்பாட்டிற்காக மாற்றப்படுகின்றது. எடுத்துக்காட்டாக தொழில்துறை வாயு விசையாழிகள். இவைகள் மின்னாற்றலை உருவாக்கவும், தண்ணீரின் சக்தியை அதிகரிக்கவும், இயற்கை வாயு அல்லது எண்ணெய் குழாய்கள் மற்றும் கப்பல்கள், இடத்தை விட்டு இடம் பெயருகின்ற வண்டிகளுக்கு உந்து விசையினை அளிக்கவும் பயன்படுகின்றன. தொழில்துறை வாயு விசையாழியால் 50,000 தண்டு குதிரைத்திறன் வரை உருவாக்க முடியும். இந்த இயந்திரங்கள் பல பிராட் & ஒயிட்னி J57 மற்றும் J75 என்ற பழைய இராணுவ டர்போ ஜெட்டிலிருந்து வடிவமைக்கப்பட்டவை. P&W JT8D குறைந்த அளவு விலகிச்செல்லக்கூடிய டர்போ விசிறியில் இருந்து வடிவமைக்கப்பட்ட விசையாழி 35,000 குதிரைத்திறன் வரை உருவாக்கக்கூடியது.
வகைகள்
தொகுமிகப்பெரிய வகையிலான தாரைப்பொறிகள் பயன்பாட்டில் உள்ளன. இவை அனைத்துமே உந்தித்தள்ளல் கொள்கையினையே பின்பற்றுகின்றன. காற்றினை சுவாசிக்கும் வகை பொதுவாக விமானங்கள் அனைத்தும் காற்றினை சுவாசித்து இயங்கும் தாரைப்பொறி வகைகளைச் சார்ந்ததுதான். பெரும்பாலும் காற்றினை சுவாசித்து இயங்கும் தாரைப்பொறிகள், டர்போ விசிறி தாரைப்பொறியில் தான் அதிகம் உபயோகிக்கப்படுகின்றன. இவைகள் ஒலியின் வேகத்திற்கு இணையாக சென்றாலும் அதிக பயனைத்தருகின்றன, குறைவான இழப்பினையே தருகின்றன.
விசையாழியால் சக்தி பெறும் வகை
தொகுவாயு விசையாழிகள் சுழலும் இயந்திரங்கள் ஆகும். இவைகள் ஓடும் எரிகின்ற வாயுவில் இருந்து ஆற்றலை பிரித்தெடுக்க உதவுகின்றன. இவைகள் எதிர்நீச்சாக செல்லகூடிய அழுத்தியுடன் கீழ்நிலை விசையாழி பொருத்தப்பட்டிருக்கும். இவைகளுக்கு நடுவில் ஒரு எரியும் அறை இருக்கும். விமான இயந்திரங்களில் இந்த மூன்று கூறுகளும் எரிவாயுவினை உற்பத்தி செய்பவை என்று அழைக்கப்படுகின்றன.[1] வாயு விசையாழியில் அதிக வகைகள் உள்ளன. ஆனாலும் அவைகள் எரிவாயுவை உற்பத்தி செய்யும் முறையே பயன்படுத்துகின்றன.
சுழல் தாரைப்பொறி
தொகுசுழல் தாரைப்பொறி ஒரு வாயு விசையாழி ஆகும். காற்றினை அழுத்தி இந்த இயந்திரம் வேலை செய்கிறது. நுழைவாயில், அமுக்கி (அச்சு, மையவிலக்கு, அல்லது இரண்டும்), அழுத்தப்பட்ட காற்றுடன் எரிபொருளை கலக்கி, இந்த கலவையை எரிப்பிடத்தில் எரித்து, பின் சூடான, அதிக அழுத்தமுள்ள காற்றினை விசையாழி மற்றும் ஒருமுனை வழியாக அனுப்பி இந்த இயந்திரம் வேலை செய்கிறது. இந்த அழுத்தி ஒரு விசையழியால் ஆற்றலை பெறுகிறது.
மேற்கோள்கள்
தொகு- ↑ Mattingly, Jack D. (2006). Elements of Propulsion: Gas Turbines and Rockets. AIAA Education Series. Reston, VA: American Institute of Aeronautics and Astronautics. p. 6. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 1-56347-779-3.