विमानाचे उड्डाण – भाग ३ (वेग)

विमान म्हंटल्यावर त्याच्या आकाशांत उडण्याच्या पाठोपाठ दुसरा विचार मनात येतो तो त्याचा अतिजलद वेग. विमानाचा प्रवास भरपूर महागडा असला तरी तो झपाट्याने वाढत आहे, पूर्वी फक्त श्रीमंतांची चैन समजला जाणारा विमान प्रवास आता मध्यमवर्गीय लोक वाढत्या प्रमाणात करू लागले आहेत, हवाईदलाला अनन्यसाधारण महत्व प्राप्त झाले आहे या सगळ्यांचे मुख्य कारण विमानांची जलद गति व त्यामुळे होत असलेली अमूल्य वेळेची बचत. गेल्या शंभर वर्षात हा वेग कसा वाढत जाऊन एका पातळीवर स्थिरावला हे या भागांत पाहू.

राइट बंधूंच्या आधीच्या काळात विमाने कधी हवेत उडलीच तरी ती वा-यावर भरकटत जात होती. त्यामुळे त्यांचा वेग वारा वाहण्याच्या गतीवर सर्वस्वी अवलंबून होता. ऑर्विल राइट यांनी १९०३ साली केलेले पहिले सुनियंत्रित उड्डाण १२ सेकंदात १२० फूट दूर गेले, म्हणजे सेकंदाला १० फूट किंवा ताशी ७ मैल. त्याच दिवशी विल्बर राइट यांनी ५९ सेकंदात ८५३ फूट अंतर उडून पार केले. म्हणजे सेकंदाला सुमारे १४ फूट आणि ताशी  १० मैल. हा तर माणसाच्या धांवण्याचा वेग झाला. आपल्या विमानात अनेक सुधारणा करून आणखी दोन वर्षांनी १९०५ साली विल्बर राइट याने ते विमान सलगपणे सुमारे चाळीस मिनिटे उडवून सुमारे २४ मैलांचे अंतर कापले. तत्पूर्वीच्या दोन वर्षात जगातील सर्व विमानांनी केलेल्या सर्व उड्डाणांच्या वेळेची बेरीज सुद्धा इतकी झाली नसती. त्याच्या उडण्याचा वेगही वाढून त्या काळी धांवणा-या मोटारगाड्यांच्या इतपत तासाला सुमारे ३६ मैल इतका झाला होता. १९०९ साली फ्रान्समध्ये विमानांची पहिली आंतरराष्ट्रीय शर्यत घेण्यात आली. त्यात कर्टिस यांचे विमान ताशी ४६.५ मैल इतका वेग नोंदवून पहिले आले.

त्यानंतर अधिकाधिक वेगवान विमाने बनू लागली. त्यांचा तपशील पाहण्याआधी विमानांना हा वेग कसा मिळतो हे पाहू. विमानाला हवेत नुसते तरंगण्यासाठी सुद्धा वेगाने पुढे जात राहणे आवश्यक असते. पुढे नेणारा थ्रस्ट त्याला इंजिनाकडून मिळतो तसेच ड्रॅगच्या रूपाने त्याला हवा मागे खेचत असते. थ्रस्टचा जोर ड्रॅगपेक्षा अधिक झाला की विमानाची गति वाढू लागते व कमी झाला की ती मंदावू लागते. प्रवासी विमानाच्या उड्डाणाच्या सुरुवातीला विमानाची इंजिने पूर्ण शक्तीनिशी चालवून भरपूर थ्रस्ट मिळवला जातो. त्यामुळे रनवेवरून धांवतांना विमानाचा वेग वाढत जातो. त्याचबरोबर हवेकडून मिळणारी लिफ्ट वाढत जाते आणि पुरेशी लिफ्ट मिळाल्यावर विमान आकाशात वर वर झेपावते. ठराविक उंची गांठल्यावर व विमान आपल्य़ा मार्गी लागल्यावर इंजिनांची शक्ती कमी करून थ्रस्ट व ड्रॅग यात समतोल राखला जातो. या नंतर एका ठराविक गतीने आणि दिशेला ते सरळ रेषेत पुढे जात राहते. त्याला क्रूज म्हणतात. या स्थितीमध्ये प्रवाशांना अगदी स्थिर बसल्यासारखे वाटते. त्यांच्या हातातील कपातला चहासुद्धा डुचमळत नाही. पण हवेची घनता, आर्द्रता वगैरे सगळीकडे सारखी नसते यामुळे हवेकडून त्या विमानाला मिळणारी लिफ्ट व थ्रस्ट यांत प्रवासाच्या दरम्यान अनेक वेळा बदल होत राहतात. त्यामुळे विमानाची गति वेगाने बदलते. धावत्या मोटारीला कचकन ब्रेक लावला किंवा तिचा अॅक्सेलरेटर खच्चून दाबला तर जसे होईल तशा प्रकारचे त्याचे धक्के प्रवाशांना जाणवतात. अशावेळी लगेच आपापल्या आसनाचे पट्टे बांधायच्या सूचना प्रवाशांना दिल्या जातात. विमानचालक क्षणभरातच इंजिनाला पुरवल्या जाणा-या इंधनाचे प्रमाण कमी जास्त करून त्यापासून मिळणारा थ्रस्ट बदलतो व विमानाला पुन्हा पूर्वस्थितीत आणतो. वादळी वारा सुटला असल्यास हवेतले बदल वारंवार होत रहातात. त्यामुळे विमानसुध्दा हराच वेळ अस्थिर राहते.

विमानाच्या उड्डाणाच्या सुरुवातीला पूर्ण शक्तीनिशी चालवलेली त्याची इंजिने आकाशात उडल्यानंतर सुद्धा तशीच चालू ठेवली तर काय होईल? जोपर्यंत थ्रस्टचा जोर ड्रॅगपेक्षा अधिक आहे तोपर्यंत विमानाचा वेग वाढतच जाईल व त्याबरोबर लिफ्टसुद्धा वाढत गेल्यामुळे ते आभाळांत उंचवर जात राहील. पण ते जसजसे वर जाईल तसतशी तिकडील हवा विरळ होत जाईल. त्यामुळे थ्रस्ट व लिफ्ट कमी होईल पण वेग वाढल्याने ड्रॅग वाढेल. यांत कुठे तरी थ्रस्ट व ड्रॅग समसमान होतील आणि विमानाचा वेग वाढणे थांबेल. पण इंजिनांनी आपली कमाल मर्यादा गांठलेली असल्याने पुढे त्यांचे नियंत्रण करणे अवघड होईल. हे लक्षांत घेऊन प्रत्येक विमानाच्या रचनेप्रमाणे त्याच्या उडण्याची उंची व क्रूजचा वेग वगैरे गोष्टी आधीच ठरवल्या जातात आणि त्या मर्यादेत राहून ते विमान सुरक्षितपणे चालवले जाते.

लढाऊ विमानांच्या गरजा वेगळ्या असतात. त्यांत पुन्हा उंचावरून टेहळणी करणारी, जमीनीवरील लक्ष्यावर बाँब टाकणारी, आकाशांत एकमेकीशी लढाई करणारी असे वेगवेगळे प्रकार असतात. त्यांचा वेग, पल्ला, व़जन वाहून नेण्याची क्षमता वगैरे बाबी त्यांना कराव्या लागणा-या कामगिरीनुसार ठरतात. पण स्वतःचा बचाव व शत्रूवर हल्ला करण्यासाठी सगळ्यांनाच कमी अधिक प्रमाणात चपळाईने हालचाली करता येणे आवश्यक असते. उंचावरून खाली सूर मारणे, पुन्हा मुसंडी मारून उंची गांठणे, झटकन वळण घेणे, वाटल्यास कोलांटी मारणे अशा सर्व कसरती करण्यासाठी विमानावर अचूक नियंत्रण ठेवता येणे अत्यंत आवश्यक असते. वैमानिकाचे कौशल्य त्यात पणाला लागतेच पण विमानाच्या रचनेत देखील त्यासाठी विशेष तरतुदी केलेल्या असाव्या लागतात. विशेषतः त्याचा वेग व दिशा यात अत्यंत जलद गतीने बदल करण्यासाठी खास व्यवस्था करणे आवश्यक असते.

विमानांची रचना व ते चालवणारी इंजिने यांचा कशा प्रकाराने विकास होत गेला याचा आढावा या लेखाच्या मागील भागांत घेतला आहे. त्याचा व विमानाच्या वेगाशी असलेला संबंध या भागात पाहू. जर्मनीमध्ये विकसित झालेल्या झेपेलिन विमानाने दुस-या महायुद्धाच्या सुरुवातीस ताशी ८० किलोमीटर वेग व हवेतील २००० मीटर उंची गांठली होती. सुरुवातीला हवाई मारा करण्यास ती पुरेशी वाटली. पण जसजसा प्रतिकार वाढू लागला त्याप्रमाणे विमानांच्या रचनेत सुधारणा करून व अधिक शक्तिशाली इंजिने वापरून ताशी शंभराहून अधिक वेग घेण्यात आला व ५००० मीटरपेक्षा अधिक उंची गांठण्यात यश मिळाले. पण अधिक उंचीवर हवेतील कडक थंडीचा परिणाम होऊन त्यामुळे अपघात होऊ लागले. तसेच शत्रुपक्षही अधिकाधिक वेगाने अधिकाधिक उंची गांठणारी विमाने युद्धपातळीवर विकसित करीत गेला. जर्मनीनेसुद्धा तशा प्रकारची विमाने बनवून युद्धामध्ये तैनात केली होतीच. तासाला शंभर ते दोनशे किलोमीटर इतक्या वेगाने उडू शकणारी विमाने दोन्ही बाजूंनी युद्धात आली. अशा प्रकारे मानव इतिहासात प्रथमच आभाळातील अटीतटीचे युद्ध चार वर्षे सुरू राहिले.

पहिल्या महायुद्धात विमानांच्या विकासाला जी चालना मिळाली त्याला युद्धानंतरच्या काळात अधिकच वेग आला व रोज नवेनवे उच्चांक केले जाऊ लागले. दोन महायुद्धाच्या दरम्यानच्या काळाला विमानविद्येचे सुवर्णयुग मानले जाते. विमानाचा वेग, वजन व पल्ला या तीन्ही बाबतीत विलक्षण सुधारणा घडली. प्रवासी वाहतूक करणारी विमाने सर्रास ताशी दोनशे मैलाच्या वेगाने उडू लागली. सैनिकी विमानांचा जास्तीत जास्त वेग चारशेच्या घरात गेला. तोपर्यंत सर्व विमाने पिस्टन इंजिनावर चालत. दहा हजार फुट उंचीवर विरळ झालेली हवा या इंजिनामध्ये होत असलेल्या इंधनाच्या ज्वलनासाठी पुरेशी पडत नसल्याने त्याची कार्यक्षमता कमी होई. यामुळे यापेक्षा अधिक वेग वाढवणे फायद्याचे नव्हते.

दुसरे महायुद्ध सुरू होण्याच्या थोडेच दिवस आधी टर्बोप्रोपेलर व जेट इंजिने आली. या दोन्हीमुळे पिस्टन इंजिनापेक्षा जास्त वेग मिळवणे शक्य झाले. तरीही टर्बोप्रोपेलरला पुढे जाण्यासाठी समोरच्या हवेला पंख्याद्वारे मागे ढकलणे आवश्यक असतेच. हे विमान हवेच्या आधारावरच चालते. त्यामुळे विरळ हवेत ते वेगाने चालवण्याला मर्यादा पडतात. ध्वनिलहरींचे हवेमधून प्रसारण तासाला सुमारे ७५० मैल या वेगाने होते. प्रोपेलर विमान याच्या जवळपाससुद्धा पोचू शकत नाही. जेट विमानाला मात्र फक्त इंधनाच्या ज्वलनाला आवश्यक एवढीच हवा लागते. पुढे जाण्यासाठी त्याच्या झोतामधून जोर मिळतो. त्यासाठी हवेची गरज नसते. उलट तिचा ड्रॅगरूपी अडथळाच असतो. यामुळे जेट विमाने अधिकाधिक वेगाने उत्तुंग उंचीवर नेता आली.

जेट विमान तयार झाल्यावर लगेच दुसरे महायुद्ध सुरू झाले आणि दोन्ही बाजूंनी धडाक्याने अशा प्रकारची विमाने बनवून त्यांचा लढाईसाठी वापर सुरू केला. प्रतिस्पर्ध्याला चकित करण्यासाठी नवनवीन मॉडेल्समध्ये फरक करीत विमानांचा वेग, उंची, पल्ला व वहनक्षमता या सर्वच गोष्टी वाढवत नेल्या. थोड्याच वर्षात विमानाने हवेतील आवाजाचा वेग गांठला. पण तो वेग मिळवल्यानंतर ती अनपेक्षित रीत्या खाली कोसळू लागली. याचा कसून अभ्यास केल्यावर असे दिसून आले की या वेगामुळे हवेमध्ये सॉनिक बूम या नांवाने प्रसिद्ध झालेली वेगळ्या त-हेची कंपने निर्माण होतात तसेच हवेच्या वहनाचे नियम बदलतात. यामुळे विमान अस्थिर होते एवढेच नव्हे तर त्याचे विघटनसुद्धा होऊ शकते. यामुळे नागरी वाहतुकीसाठी आवाजाच्या वेगापेक्षा कमी वेग ठेवणे शहाणपणाचे ठरवने गेले. आजकाल चालणारी बहुतेक सर्व विमाने ३०००० ते ४०००० फूट उंचावर व आवाजाच्या वेगाच्या ८० टक्के वेगाने चालतात.

विमानाच्या रचनेत बदल करून ते अधिक मजबूत बनवले व त्याला एक संरक्षक कवच दिले. या व अशा सुधारणांनी युक्त विमाने आवाजाच्या वेगापेक्षा वीस पंचवीस तीस टक्के अधिक वेगाने उडवण्याचे प्रयोग यशस्वीरीत्या होतच राहिले. शीतयुद्धाच्या जमान्यात जगातील दोन्ही प्रमुख महासत्ता तंत्रज्ञानाच्या बाबतीत एकमेकीशी चढाओढ करीत होत्या. त्या काळात निर्माण झालेली ही बहुतेक विमाने लष्करी उपयोगाची होती. कॉंकार्ड विमानातून केली गेलेली आवाजाहून अधिक गतीने जाणारी एकमेव प्रवासी वाहतूक इंग्लंड व फ्रान्स यांनी एकत्र येऊन सुरू केली व अनेक वर्षे चालवली. हे विमान आवाजाच्या वेगापेक्षा जलद गतीने तर जायचेच, शिवाय युरोपहून अमेरिकेला जातांना पृथ्वीच्या स्वतःभोवती फिरण्याच्या गतीनुसार चालतांना दिसणा-या सूर्यालासुद्धा मागे टाकून काँकॉर्ड विमान लंडनहून निघालेल्या वेळेपेक्षा दोन तास आधीच तिकडे न्यूयॉर्कला जाऊन पोचायचे. म्हणजे समजा लंडनहून सकाळी दहा वाजता निघाले तर न्यूयॉर्कला तेथील स्थानिक वेळेनुसार सकाळी आठ वाजताच पोचायचे. या वेळेत सतत सूर्य पूर्व दिशेला खाली सरकतांना दिसायचा. दिवसभर काम करून संध्याकाळी परत यायला निघाले की दुसरे दिवशी सकाळपर्यंत लंडनला वापस. हे सगळे कल्पनेत छान वाटले तरी जेट लॅग वगैरेमुळे प्रत्यक्षात इतकी दगदग करणे कठीण होते. या अद्ययावत विमानावर जो खर्च येई त्या प्रमाणात तितकासा फायदा त्यातून कदाचित झाला नाही, कोणाला त्याच्यामुळे होणा-या ध्वनिप्रदूषणाचा त्रास झाला, आजच्या राजकीय परिस्थितीत सुरक्षिततेबद्दल कांही शंका निर्माण झाल्या वगैरे कारणांमुळे ही विमानसेवा बंद करण्यात आली.

जेट इंजिनाला सुद्धा इंधनाचे ज्वलन करण्यासाठी लागणारा प्राणवायु हवेमधूनच घेतला जातो. तो किती वेगाने घेतला जाऊ शकेल याचे बंधन विमानाच्या वेगावर येते. यावर मात करण्याच्या उद्देशाने विमानाला रॉकेट इंजिने जोडण्याचे प्रयोग झाले. ज्वलनाला लागणारा प्राणवायुसुद्धा या विमानात इंधनाबरोबरच साठवलेला असतो व थोडा थोडा पुरवला जातो. हे विमान वातावरणाच्या बाहेर जात नाही व हवेकडून मिळालेल्या लिफ्टवरच तरंगते म्हणून त्याला रॉकेट न म्हणता विमान म्हणायचे. अशा प्रकारची विमाने अजून तरी फक्त सैनिकी उपयोगासाठीच असतात व त्यांबद्दल कमालीची गुप्तता बाळगली जाते. अनधिकृत माहितीनुसार या विमानांना आवाजाच्या सहा सातपट म्हणजे तासाला चार पांच हजार मैल इतका वेग मिळवण्यात यश आले आहे.

हा झाला आतापर्यंतचा हवाई प्रवास. आता अंतरिक्षयुग आले आहे. रॉकेटच्या सहाय्याने अवकाशवीर तर अनेकदा अंतरिक्षात फिरून परत आले आहेतच, पण इतरांच्या अशा प्रवासाला सुरुवात झाली आहे. त्या यानांचा वेग कुठल्याही विमानापेक्षा निश्चितच जास्त राहील.

One Response

  1. लेख माला फारच छान..अशा लेखांची खूप गरज आहे..

    एरोफॉइलचा उल्लेख तुम्ही केला आहे. थोडीशी addition करतो. विमानाच्या पंखांना एरोफॉइल शेप दिलेला असतो. त्यामुळे तो हवेतून पुढे जात असताना त्यांच्या खालून जाणारी हवा आणि वरून जाणारी हवा यांचा वेग आणि त्यामुळे हवेचा दाब वेगवेगळा होतो. या दाबाच्या फरकामुळे खाल्याच्या बाजूची जास्त दाबाची हवा पंखाला वर ढकलते आणि लिफ्ट तयार होते.

    ही लिफ्ट विमानाचे वजन उचलण्याइतकी रहायची असेल तर हवेत पुढे जाण्याचा वेग एका मर्यादेच्या वरच ठेवावा लागतो. वेग कमी झाला की लिफ्ट विमानाच्या वजनापेक्षा कमी होऊन विमान stall होते. म्हणजेच पडते.

    म्हणून प्रत्येक विमानाला एक stalling speed दिलेला असतो आणि त्याच्या खाली वेग कधीच येऊ देऊन चालत नाही.

    शिवाय विमानाचे इंजिन बंद पडले की त्याचे एक भले मोठ्ठे ग्लायडर होते. मग गुरुत्वाकर्षणाला वेगात बदलून आपण काही काळ उड्डाण करू शकतो.

प्रतिक्रिया व्यक्त करा

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  बदला )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  बदला )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  बदला )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  बदला )

Connecting to %s

%d bloggers like this: