কল্পনা করুন যে একটি রকেট জ্বলছে, উজ্জ্বল শিখা ছড়াচ্ছে যখন এটি পৃথিবীর মহাকর্ষীয় টান থেকে মুক্ত হয়ে আকাশে উড়ছে। এই শক্তি যা বিশাল বস্তুকে মহাকাশে চালিত করে তা হল থ্রাস্ট। কিন্তু খোঁচা কোথা থেকে আসে? কিভাবে এটি বায়ু প্রতিরোধের এবং গাড়ির নিজস্ব ওজন অতিক্রম করে? এই নিবন্ধটি থ্রাস্টের মৌলিক বিষয়গুলি অন্বেষণ করে, মৌলিক নীতিগুলি থেকে ইঞ্জিন ডিজাইন পর্যন্ত, মহাকাশ প্রপালশন সিস্টেমের মূল রহস্যগুলিকে প্রকাশ করে৷

থ্রাস্ট হল সেই শক্তি যা বিমানকে বাতাসের মাধ্যমে চালিত করে। একটি বিমানের টেনে পরাস্ত করা বা একটি রকেটের ওজন প্রতিরোধ করা হোক না কেন, থ্রাস্ট উড়ান সম্ভব করে তোলে। একটি ইঞ্জিন দ্বারা উত্পন্ন, থ্রাস্ট বিভিন্ন প্রপালশন সিস্টেমের মাধ্যমে উত্পাদিত হয়।

থ্রাস্ট হল একটি যান্ত্রিক শক্তি যা গ্যাসের ভরকে ত্বরান্বিত করার প্রতিক্রিয়া বলের মাধ্যমে তৈরি হয়। এই কার্যকরী তরলটি প্রপালশন সিস্টেমের সাথে শারীরিকভাবে যোগাযোগ করে, নিউটনের তৃতীয় সূত্র (ক্রিয়া এবং প্রতিক্রিয়া) প্রদর্শন করে। ভেক্টরের পরিমাণ হিসাবে, থ্রাস্টের মাত্রা এবং দিক উভয়ই রয়েছে। ইঞ্জিন গ্যাসের উপর কাজ করে, বিপরীত দিকে থ্রাস্ট তৈরি করার সময় এটিকে পিছনের দিকে ত্বরান্বিত করে। থ্রাস্টের মাত্রা ত্বরিত গ্যাসের পরিমাণ এবং ইঞ্জিনের মাধ্যমে এর বেগ পরিবর্তনের উপর নির্ভর করে।

নিউটনের দ্বিতীয় সূত্র অনুসারে, বল (F) একটি বস্তুর ভরবেগের পরিবর্তনের সময় হারের সমান। ভর (m) এবং বেগ (V) এর গুণফল হল ভরবেগ। t₁ এবং t₂ সময়ের মধ্যে, বলকে এভাবে প্রকাশ করা যেতে পারে:

ধ্রুব ভর এবং পরিবর্তিত বেগের সাথে, এটি পরিচিত সমীকরণকে সরল করে:

যদিও ট্র্যাকিং ভর কঠিন পদার্থের জন্য সোজা, তরল (তরল বা গ্যাস) এর জন্য বিভিন্ন পরামিতি প্রয়োজন। চলমান তরলগুলির জন্য, ভর প্রবাহের হার গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে - প্রতি ইউনিট সময় (কেজি/সেকেন্ড, স্লাগ/সেকেন্ড, ইত্যাদি) একটি নির্দিষ্ট সমতলের মধ্য দিয়ে যাওয়া ভর হিসাবে সংজ্ঞায়িত। এটি বেগ (V) এবং ক্ষেত্রফল (A) দ্বারা গুণিত ঘনত্ব (ρ) সমান। বায়ুগতিবিদরা এটিকে ṁ (m-ডট):

ডট নোটেশন একটি টাইম ডেরিভেটিভ (d/dt) প্রতিনিধিত্ব করে, ṁ সহজভাবে ভরের পরিবর্তে ভর প্রবাহ হার তৈরি করে। যেহেতু ভর প্রবাহের হার ইতিমধ্যেই সময়ের নির্ভরতাকে অন্তর্ভুক্ত করে, তাই আমরা একটি প্রপালশন ডিভাইসে ভরবেগ পরিবর্তনকে প্রকাশ করতে পারি কারণ ভর প্রবাহ হার পরিবর্তন বেগ দ্বারা গুণিত হয়। স্টেশন "e" হিসাবে প্রস্থান এবং স্টেশন "0" হিসাবে বিনামূল্যে প্রবাহ লেবেল করা:

যখন প্রস্থান চাপ (pₑ) মুক্ত প্রবাহের চাপ (p₀) থেকে পৃথক হয়, তখন আমাদের অবশ্যই চাপ এলাকা প্রভাবের জন্য একটি অতিরিক্ত শব্দ হিসাব অন্তর্ভুক্ত করতে হবে। সম্পূর্ণ সাধারণ থ্রাস্ট সমীকরণটি হয়ে যায়:

সাধারণত, চাপ এলাকা শব্দটি ṁV উপাদানের তুলনায় ছোট থাকে।

থ্রাস্ট সমীকরণ উচ্চ থ্রাস্ট তৈরির জন্য দুটি প্রাথমিক পদ্ধতি প্রকাশ করে। প্রথমটি ইঞ্জিন প্রবাহের হারকে (ṁ) সর্বোচ্চ করে, যেখানে এমনকি সামান্য বেগ বৃদ্ধিও যথেষ্ট থ্রাস্ট তৈরি করে- প্রপেলার এয়ারক্রাফ্ট এবং হাই-বাইপাস টার্বোফ্যান ইঞ্জিনের পিছনে নীতি। দ্বিতীয় পদ্ধতিটি ইনলেট বেগের সাপেক্ষে প্রস্থান বেগ সর্বাধিক করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, যেমন টার্বোজেট, আফটারবার্নিং ইঞ্জিন এবং রকেটে দেখা যায়। প্রতিটি পদ্ধতিতে চরম বেগ পরিসরে বিভিন্ন দক্ষতা ট্রেডঅফ জড়িত।

প্রস্থান এবং মুক্ত প্রবাহের চাপকে সমান করার জন্য ডিজাইন করা অগ্রভাগ সহ গ্যাস টারবাইন ইঞ্জিনগুলির জন্য, সাধারণ সমীকরণটি চাপ শব্দটি বাদ দিয়ে সরলীকরণ করে:

প্রথম শব্দটি টোটাল থ্রাস্টের প্রতিনিধিত্ব করে, যখন দ্বিতীয়টি রাম ড্র্যাগ হয়। যেহেতু প্রস্থান এবং ইনলেট ভর প্রবাহের হার প্রায় সমান, তাই আমরা ইঞ্জিনের বায়ুপ্রবাহ (ṁ)ₑₙg এবং নির্দিষ্ট থ্রাস্ট (Fₛ) সংজ্ঞায়িত করতে পারি:

রকেট ইঞ্জিন, তাদের নিজস্ব অক্সিডাইজার বহন করে, ভিন্নভাবে সরলীকরণ করে:

রকেট কর্মক্ষমতা প্রায়শই নির্দিষ্ট আবেগ (Iₛₚ) ব্যবহার করে, যা ভর প্রবাহ নির্ভরতা দূর করে:

যেখানে Vₑq হল সমতুল্য বেগ (অগ্রভাগ প্রস্থান বেগ প্লাস চাপ শব্দ) এবং g₀ হল মহাকর্ষীয় ত্বরণ।

রকেট এবং জেট ইঞ্জিন উভয়ের জন্য, অগ্রভাগ দুটি গুরুত্বপূর্ণ কাজ করে: প্রদত্ত চাপ/তাপমাত্রার অবস্থার জন্য প্রস্থান বেগ নির্ণয় করা এবং গলা শ্বাসরোধের মাধ্যমে ভর প্রবাহের হার স্থাপন করা। সুতরাং, অগ্রভাগের নকশা মৌলিকভাবে প্রপালশন সিস্টেম থ্রাস্ট নির্ধারণ করে।

থ্রাস্ট জেনারেশন শক্তি রূপান্তরের উপর নির্ভর করে - সাধারণত জ্বালানী দহনের মাধ্যমে - গ্যাসগুলিকে ত্বরান্বিত করতে। যদিও বিভিন্ন প্রপালশন সিস্টেম (প্রপেলার, জেট, রামজেট, রকেট) ভিন্নভাবে থ্রাস্ট তৈরি করে, সবাই এই মৌলিক শারীরিক নীতিগুলি মেনে চলে।