फ्लक्स स्विचिंग अल्टरनेटर
प्रवाह स्विचिंग प्रत्यावर्तक उच्च गति प्रत्यावर्तक का एक रूप है, एक एसी विद्युत जनित्र, जिसका उद्देश्य परिवर्त द्वारा सीधे संचालित करना है। वे प्रारुप में सरल हैं, घूर्णक में कोई वक्र या चुम्बक नहीं है, जो उन्हें मजबूत बनाता है और उच्च घूर्णन गति में सक्षम बनाता है। यह उन्हें उनके एकमात्र व्यापक उपयोग के लिए, निर्देशित प्रक्षेपास्त्र में उपयुक्त बनाता है। [lower-roman 1]
निर्देशित प्रक्षेपास्त्र
निर्देशित प्रक्षेपास्त्र को उड़ान के दौरान विद्युत शक्ति के स्रोत की आवश्यकता होती है। प्रक्षेपास्त्र मार्गदर्शन और फ़्यूज़िंग प्रणालियों को शक्ति प्रदान करने के लिए इसकी आवश्यकता है, संभवतः एक सक्रिय रडार अन्वेषक (यानी एक प्रेषक) का उच्च-शक्ति भार और शायद ही कभी प्रक्षेपास्त्र का नियंत्रण सतह पर आता है। उच्च गति वाली प्रक्षेपास्त्र के लिए नियंत्रण सतह प्रवर्तक को उच्च बल की आवश्यकता होती है और इसलिए ये सामान्यतः कुछ गैर-वैद्युत साधनों द्वारा संचालित होते हैं, जैसे प्रक्षेपास्त्र की प्रेरक से प्रणोदक निकास गैस का दोहन। [1] दुर्लभ अपवाद जहां विद्युत चालित नियंत्रण सतहों का उपयोग किया जाता है, वे ज्यादातर मध्यम दूरी की अवध्वानिक नौसैनिक प्रक्षेपास्त्र हैं, उदाहरण के लिए एक्सोसेट, हार्पून (प्रक्षेपास्त्र) और मार्टेल (प्रक्षेपास्त्र)। [2] विभिन्न प्रक्षेपास्त्रों के लिए कुल भार लगभग 100W से कई किलोवाट के बीच भिन्न होता है। [2]
किसी प्रक्षेपास्त्र के लिए विद्युत आपूर्ति विश्वसनीय होनी चाहिए, विशेषकर दीर्घ भंडारण के बाद। प्रक्षेपास्त्र के प्रकार के आधार पर, स्टार्ट-अप के लगभग तुरंत बाद, या घूर्णिका की गति में तीव्रता लाने की अनुमति देने के लिए प्रक्षेपण से पहले भी विद्युत् पहुंचाना प्रारम्भ करने की आवश्यकता हो सकती है, [2] और भिन्न-भिन्न समय के लिए विद्युत् प्रदान करने की भी आवश्यकता हो सकती है। [2] छोटी टैंकरोधी या हवा से हवा में मार करने वाले प्रक्षेपास्त्रों को उड़ान के कुछ सेकंड के लिए ही विद्युत् की आवश्यकता हो सकती है। अन्य, जैसे सामरिक प्रक्षेपास्त्र या आईसीबीएम को कई मिनटों तक विद्युत् की आवश्यकता हो सकती है। टर्बोजेट-संचालित क्रूज़ प्रक्षेपास्त्र की उड़ान समय सबसे लंबा होता है (लंबी दूरी की होने के बावजूद, उड़ान में सबसे धीमी); हालाँकि, इनमें ऐसे इंजन भी हैं जो अधिक पारंपरिक जनरेटर चलाने में सक्षम हैं।
प्रक्षेपास्त्र को शक्ति प्रदान करने के लिए अभ्यास में दो तकनीकों का उपयोग किया जाता है: बैटरी और जनरेटर। उपयोग की जाने वाली बैटरियां आमतौर पर गूढ़ प्रकार की होती हैं जो प्रक्षेपास्त्र के बाहर बहुत कम पाई जाती हैं, जैसे सिल्वर-जिंक बैटरी | सिल्वर-जिंक या पिघला हुआ नमक बैटरी। उपयोग किए जाने वाले जनरेटर सरल उच्च गति वाले जनरेटर होते हैं, जो सीधे टरबाइन रोटर द्वारा संचालित होते हैं जो या तो रॉकेट मोटर के निकास द्वारा संचालित होते हैं, या फिर एक समर्पित गैस जनरेटर द्वारा संचालित होते हैं।[3]
अल्टरनेटर सिद्धांत
जनरेटर को मजबूत और बहुत तेज़ गति में सक्षम होना आवश्यक है, क्योंकि यह बिना रिडक्शन गियरिंग के टरबाइन की गति से संचालित होता है। इस प्रकार रोटर का डिज़ाइन सरल होना चाहिए और इसमें स्लिप रिंग या अन्य ब्रश (इलेक्ट्रिक) का कोई स्लाइडिंग संपर्क भी नहीं होना चाहिए।[3][4] यद्यपि प्रक्षेपास्त्र के लिए विद्युत् की आवश्यकता काफी हद तक डीसी आपूर्ति हो सकती है, एसी अल्टरनेटर और एक सही करनेवाला की आवश्यकता अभी भी इसकी यांत्रिक मजबूती के लिए अनुकूल है।[5]
असामान्य रूप से, फील्ड कॉइल और आर्मेचर वाइंडिंग दोनों को निश्चित स्टेटर पर ले जाया जाता है। रोटर एक साधारण दांतेदार पहिया है, जिसमें कोई वाइंडिंग या विद्युत घटक नहीं होता है।[6] सबसे सरल मामले में, स्टेटर में चार ध्रुव होते हैं और फ़ील्ड कॉइल और आर्मेचर वाइंडिंग ध्रुवों के बीच स्टेटर के चारों ओर वैकल्पिक रूप से व्यवस्थित होते हैं। फ़ील्ड चुम्बकों को उनके ध्रुवों के एक-दूसरे के विपरीत व्यवस्थित किया जाता है, यानी एक आर्मेचर दो उत्तरी ध्रुवों के बीच होता है, एक दो दक्षिणी ध्रुवों के बीच होता है। रोटर चुंबकीय, लेकिन अचुंबकीय, लोहे की एक साधारण दांतेदार डिस्क है। जैसे ही यह ध्रुवों के बीच घूमता है, यह विपरीत ध्रुवों की एक जोड़ी के बीच प्रवाह को जोड़ता है। स्टेटर का चुंबकीय सर्किट इस प्रकार त्रिकोणों की एक जोड़ी है, प्रत्येक में एक क्षेत्र, एक आर्मेचर और रोटर के माध्यम से एक साझा पथ होता है। फ्लक्स प्रत्येक सर्किट में एक क्षेत्र से और एक आर्मेचर से होकर गुजरता है। जैसे ही रोटर घूमता है, दूसरा त्रिकोणीय पथ बनता है, जो फ्लक्स को फ़ील्ड और आर्मेचर की एक जोड़ी से दूसरे में बदल देता है और आर्मेचर कॉइल में फ्लक्स की दिशा को भी उलट देता है। यह फ्लक्स का उलटाव है जो वैकल्पिक वैद्युतवाहक बल उत्पन्न करता है।[6]
रोटर को विपरीत ध्रुव के टुकड़ों के बीच के रास्ते को पाटना चाहिए, लेकिन कभी भी चारों को एक साथ नहीं पाटना चाहिए। इस प्रकार इसमें ध्रुवों की संख्या सम होनी चाहिए, लेकिन यह चार से विभाज्य नहीं होनी चाहिए।[4]व्यावहारिक रोटार छह ध्रुवों का उपयोग करते हैं।[6]चूँकि एक टूथ पिच का रोटेशन एक एसी चक्र उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त है, इसलिए आउटपुट आवृत्ति रोटेशन गति (प्रति सेकंड रेव्स में) और रोटर दांतों की संख्या का उत्पाद है।[6]प्रारंभिक एसी सिस्टम 400 हर्ट्ज की मानक आवृत्ति का उपयोग करते थे, जो अल्टरनेटर को दो पोल रोटार और 24,000 आरपीएम की अधिकतम रोटेशन गति तक सीमित करता था।[7] मल्टी-पोल रोटर्स से उच्च आवृत्तियों के उपयोग को पहले से ही समान वजन के लिए अधिक शक्ति प्राप्त करने के भविष्य के साधन के रूप में मान्यता दी गई थी।[8] सीस्लग (प्रक्षेपास्त्र) प्रक्षेपास्त्र अल्टरनेटर ने 2,400 हर्ट्ज पर 1.5 केवीए विद्युत् का उत्पादन करने के लिए 24,000 आरपीएम की गति का उपयोग किया।[6]
क्षेत्र की आपूर्ति या तो स्थायी चुम्बकों द्वारा या क्षेत्र कुंडलियों द्वारा की जा सकती है। आउटपुट वोल्टेज का विनियमन एक वाइंडिंग, या तो फ़ील्ड कॉइल, या एक स्थायी चुंबक के चारों ओर एक नियंत्रण वाइंडिंग के माध्यम से वर्तमान को नियंत्रित करके प्राप्त किया जाता है।[6]
अल्टरनेटर ड्राइव
प्रणोदन मोटर
सबसे सरल समाधान प्रणोदन मोटर से कुछ गर्म निकास गैस को निकालता है और इसे जनरेटर टरबाइन के माध्यम से प्रवाहित करता है।[3][9] इस गैस का उपयोग नियंत्रण सतह एक्चुएटर्स को विद्युत् देने के लिए भी किया जा सकता है, जैसा कि विजिलेंट के लिए किया गया था।[1]यह प्रक्षेपास्त्र के लिए उपलब्ध सबसे सरल और हल्की विद्युत आपूर्ति में से एक है।[3]
मोटर से निकलने वाली निकास गैस से आवश्यक ईंधन की मात्रा बढ़ जाती है, लेकिन यह प्रभाव मामूली है, लगभग 1%। निकास गर्म है, संभवतः 2,400 डिग्री सेल्सियस जितना गर्म, और दबाव बूस्ट चरण में 2,600 पीएसआई से लेकर सतत चरण के दौरान 465 पीएसआई तक भिन्न होता है।[1]एक अधिक गंभीर कमी निकास में कालिख के कणों की मात्रा है,[10] जिन्हें टरबाइन से दूर रखने के लिए एक फिल्टर की आवश्यकता होती है।[3]चूँकि ऐसे फ़िल्टर स्वयं बंद हो सकते हैं, यह विधि छोटी उड़ान अवधि के लिए सबसे उपयुक्त है।
गैस जनरेटर
गैस जनरेटर एक रासायनिक उपकरण है जो दबाव में गैस की आपूर्ति प्रदान करने के लिए जलता है। हालांकि अभी भी गर्म है, रॉकेट मोटर निकास के बराबर, यह गैस रॉकेट प्रवाह की तुलना में ठंडी और कणों को साफ करने वाली हो सकती है।[3]ठोस और तरल-ईंधन वाले दोनों गैस जनरेटर का उपयोग किया जा सकता है।[3]
मोटर निकास के बजाय गैस जनरेटर ड्राइव के लाभ हैं:
- स्वच्छ, ठंडा निकास, जिससे टरबाइन संबंधी समस्याएँ उत्पन्न होने की संभावना कम होती है।
- लॉन्चिंग से पहले गैस जनरेटर शुरू करने की क्षमता, जाइरोस्कोप को गति तक घुमाने के लिए समय, नियंत्रण सतहों के लिए शक्ति आदि की अनुमति।
- बैलिस्टिक तट चरण के दौरान मोटर के जलने के बाद भी विद्युत् उत्पादन जारी रखने की क्षमता।
विकास इतिहास
इस प्रकार के पहले अल्टरनेटर पहली प्रक्षेपास्त्र के साथ शुरू हुए, जिनमें काफी विद्युत शक्ति की आवश्यकता होती थी, जो रडार साधकों (शुरुआत में अर्ध-सक्रिय रडार होमिंग) का उपयोग करते थे। इनका विकास 1940 के दशक के अंत में AIM-7 स्पैरो जैसी हवा से हवा में मार करने वाली प्रक्षेपास्त्र के साथ शुरू हुआ।[4]स्पैरो एक अपेक्षाकृत बड़ी प्रक्षेपास्त्र थी जिसका एयरफ्रेम 8 इंच व्यास का था। 1950 के दशक के अंत तक, विकर्स विजिलेंट जैसी हल्के एंटी-टैंक प्रक्षेपास्त्र में टरबाइन-चालित अल्टरनेटर का भी उपयोग किया जा रहा था।[1]विजिलेंट के शरीर का व्यास 4 है1⁄2 इंच, एक सहित 3⁄4 इंच सेंट्रल जेटपाइप। अल्टरनेटर और टरबाइन को केवल 1 के शेष कुंडलाकार स्थान में फिट किया गया था7⁄8 इंच.[1][11]
स्थायी चुंबक मैग्नेटो
एक वैकल्पिक उच्च गति जनरेटर स्थायी चुंबक मैग्नेटो (अल्टरनेटर) है। आवश्यक आउटपुट प्राप्त करना आधुनिक दुर्लभ-पृथ्वी चुम्बकों, जैसे समैरियम कोबाल्ट या नियोडिमियम चुम्बक के उपयोग पर निर्भर करता है। आउटपुट कॉइल एक घूर्णन मल्टी-पोल रिंग चुंबक से अक्षीय चुंबकीय प्रवाह के साथ एक स्टेटर के रूप में बनाई जाती है।[12]
यह भी देखें
- अलेक्जेंडरसन अल्टरनेटर
- परिवर्तनीय अनिच्छा सेंसर
- स्विच्ड अनिच्छा मोटर
संदर्भ
- ↑ "Missile" here is taken in its broad sense and could refer to any guided projectile, potentially including torpedoes as well as airborne missiles.
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Forbat, John (2006). Vickers Guided Weapons. Tempus Publishing. pp. 155–161. ISBN 0-7524-3769-0.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 Lee, Colonel R.G.; Garland-Collins, T.K.; Johnson, D.E.; Archer, E.; Sparkes, C.; Moss, G.M.; Mowat, A.W. (1988). "Electrical Power Supplies". Guided Weapons. p. 43. ISBN 0-08-035828-4.
{{cite book}}:|work=ignored (help) - ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Brassey's, Guided Weapons (1988), p. 55
- ↑ 4.0 4.1 4.2 Rauch, S. E.; Johnson, L. J. (Jan 1955). "Design Principles of Flux-Switch Alternators". Power Apparatus and Systems. AIEE. 74 (3): 1261–1268. doi:10.1109/AIEEPAS.1955.4499226. S2CID 51633745.
- ↑ Mann (1957), pp. 82–83.
- ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 Brassey's, Guided Weapons (1988), p. 57
- ↑ Mann (1957), p. 84.
- ↑ Mann (1957), pp. 155–165.
- ↑ Mann, Robert Wellesley (June 1957). "Missile Internal Power" (PDF). MIT: 91. Retrieved 14 May 2018.
{{cite journal}}: Cite journal requires|journal=(help) - ↑ Mann (1957), p. 35.
- ↑ "Vickers Vigilant". Flight: 716–717. 22 May 1959., Cutaway drawing of Vigilant missile's main components
- ↑ Brassey's, Guided Weapons (1988), p. 58.
