Baypas oranı - Bypass ratio
Bypass oranı ( BPR a) turbofanının motor çekirdeği giren kütle akış hızına baypas akışının kütle akış hızı arasındaki orandır. Örneğin 10:1 baypas oranı, çekirdekten geçen her 1 kg hava için baypas kanalından 10 kg havanın geçtiği anlamına gelir.
Turbofan motorları genellikle motor basınç oranı , türbin giriş sıcaklığı ve fan basınç oranı ile birlikte önemli tasarım parametreleri olan BPR cinsinden tanımlanır . Buna ek olarak, BPR, turboprop ve kanalsız fan kurulumları için kullanılır, çünkü yüksek itme verimliliği onlara çok yüksek bypass turbofanların genel verimlilik özelliklerini verir. Bu, artan BPR ile spesifik yakıt tüketimini (SFC) azaltma eğilimlerini gösteren grafiklerde turbofanlarla birlikte gösterilmelerine olanak tanır. BPR ayrıca, fan hava akışının motordan uzak olduğu ve motor çekirdeğine fiziksel olarak temas etmediği asansör fanı kurulumları için de belirtilir.
Baypas, aynı itme kuvveti için, itmeye özgü yakıt tüketimi ( SI birimleri kullanılarak kN cinsinden itme birimi başına gram/saniye yakıt) olarak ölçülen daha düşük bir yakıt tüketimi sağlar . Yüksek baypas oranlarıyla gelen daha düşük yakıt tüketimi, kanallı bir fan yerine bir pervane kullanan turboproplar için geçerlidir . Yüksek baypas tasarımları, ticari yolcu uçakları ve hem sivil hem de askeri jet taşımacılığı için baskın tiptir.
İş jetleri orta BPR motorları kullanır.
Savaş uçakları , yakıt ekonomisi ile savaşın gereklilikleri arasında uzlaşma sağlamak için düşük bypass oranlarına sahip motorlar kullanır : yüksek güç-ağırlık oranları , süpersonik performans ve art yakıcı kullanma yeteneği .
Prensipler
Bir gaz türbininden gelen tüm gaz gücü, bir sevk nozülünde kinetik enerjiye dönüştürülürse, uçak en yüksek süpersonik hızlara uygundur. Hepsi düşük kinetik enerjiye sahip ayrı bir büyük hava kütlesine aktarılırsa, uçak en iyi sıfır hıza (havada asılı kalmaya) uygundur. Aradaki hızlar için, gaz gücü, ayrı bir hava akımı ile gaz türbininin kendi meme akışı arasında, gereken uçak performansını veren bir oranda paylaşılır. İlk jet uçakları ses altıydı ve yüksek yakıt tüketimi nedeniyle sevk nozülünün bu hızlar için zayıf uygunluğu anlaşıldı ve daha 1936'da baypas önerildi (İngiltere Patenti 471.368). Baypasın altında yatan ilke, yine de gerekli itişi sağlayan ancak daha az yakıt kullanan ekstra kütle akışı için egzoz hızını değiştirmektir. Frank Whittle buna "akışı yavaşlatmak" dedi. Güç, gaz jeneratöründen ekstra bir hava kütlesine, yani daha yavaş hareket eden daha büyük çaplı bir itici jete aktarılır. Baypas, jetin hızını azaltmak için mevcut mekanik gücü daha fazla havaya yayar. Kütle akışı ve hız arasındaki ödünleşim, disk yüklemesi ve güç yüklemesi karşılaştırılarak pervanelerde ve helikopter rotorlarında da görülür. Örneğin, aynı helikopter ağırlığı, yüksek güçlü bir motor ve küçük çaplı bir rotor tarafından veya daha az yakıt için, daha düşük güçlü bir motor ve rotor boyunca daha düşük hıza sahip daha büyük bir rotor tarafından desteklenebilir.
Baypas genellikle yakıt tüketimini ve jet gürültüsünü azaltmak için gaz gücünün bir gaz türbininden bir baypas hava akımına aktarılmasını ifade eder. Alternatif olarak, baypas için yegane gereksinimin soğutma havası sağlamak olduğu durumlarda, son yakmalı bir motor için bir gereklilik olabilir. Bu, BPR için alt sınırı belirler ve bu motorlara "sızdıran" veya sürekli boşaltma turbojetleri (General Electric YJ-101 BPR 0.25) ve düşük BPR turbojetleri (Pratt & Whitney PW1120) adı verilir. Düşük BPR (0.2), Pratt & Whitney J58 için art yakıcı soğutmanın yanı sıra dalgalanma marjı sağlamak için de kullanılmıştır .
Açıklama
Sıfır baypaslı (turbojet) bir motorda, yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı egzoz gazı, bir sevk memesi vasıtasıyla genleşme yoluyla hızlandırılır ve tüm itişi üretir. Kompresör, türbin tarafından üretilen tüm mekanik gücü emer. Bir baypas tasarımında, ekstra türbinler , havayı motorun önünden geriye doğru hızlandıran kanallı bir fanı çalıştırır. Yüksek baypaslı bir tasarımda, kanallı fan ve nozul, itmenin çoğunu üretir. Turbofanlar prensip olarak turboproplarla yakından ilişkilidir, çünkü her ikisi de ekstra makine kullanarak gaz türbininin gaz gücünün bir kısmını bir baypas akımına aktarır ve sıcak memenin kinetik enerjiye dönüşmesi için daha az yer bırakır. Turbofanlar , tüm itiş gücünü egzoz gazlarından alan turbojetler ile egzoz gazlarından minimum itme gücü elde eden turbo pervaneler (tipik olarak %10 veya daha az) arasında bir ara aşamayı temsil eder . Şaft gücünün çıkarılması ve bir baypas akışına aktarılması, geliştirilmiş tahrik verimliliğinden daha fazla olan ekstra kayıplara neden olur. En iyi uçuş hızındaki turboprop, turbojet'in düşük kayıplı sevk nozülüne ekstra bir türbin, bir dişli kutusu ve bir pervane eklenmesine rağmen, bir turbojet üzerinde önemli ölçüde yakıt tasarrufu sağlar. Turbofan, turbojet'in tek nozülüne kıyasla ekstra türbinleri, fanı, baypas kanalı ve ekstra sevk nozülü nedeniyle ek kayıplara sahiptir.
Tek başına artan BPR'nin uçaktaki genel verimlilik üzerindeki etkisini, yani SFC'yi görmek için, ortak bir gaz jeneratörü kullanılmalıdır, yani Brayton çevrim parametrelerinde veya bileşen verimliliklerinde hiçbir değişiklik olmamalıdır. Bennett bu durumda, SFC'de önemli bir iyileşme ile egzoz kayıplarında hızlı bir düşüşle aynı anda gücü bypass'a aktaran kayıplarda nispeten yavaş bir artış göstermektedir. Gerçekte, zaman içinde BPR'deki artışlar, bir dereceye kadar BPR'nin etkisini maskeleyen gaz jeneratörü verimliliğindeki artışlarla birlikte gelir.
Yalnızca ağırlık ve malzeme sınırlamaları (örneğin türbindeki malzemelerin güçleri ve erime noktaları), bir turbofan gaz türbininin bu termal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürdüğü verimliliği azaltır, çünkü egzoz gazları hala kullanılabilir enerjiye sahip olabilir. ekstrakte edildiğinde, her ek stator ve türbin diski, birim ağırlık başına giderek daha az mekanik enerji alır ve genel sistem verimliliğini artırmak için kompresör aşamasına ekleyerek sistemin sıkıştırma oranını artırmak, türbin yüzeyindeki sıcaklıkları artırır. Bununla birlikte, yüksek baypaslı motorlar yüksek bir itici verimliliğe sahiptir, çünkü çok büyük bir hacmin ve dolayısıyla hava kütlesinin hızını hafifçe artırmak bile momentum ve itmede çok büyük bir değişiklik yaratır: itme motorun kütle akışıdır (içeriden akan hava miktarıdır). motor) giriş ve egzoz hızları arasındaki farkla çarpılır - doğrusal bir ilişkide - ancak egzozun kinetik enerjisi, hız farkının karesinin yarısı ile çarpılan kütle akışıdır. Düşük disk yüklemesi (disk alanı başına itme) uçağın enerji verimliliğini artırır ve bu da yakıt kullanımını azaltır.
Rolls-Royce Conway turbofan 1950'lerin başında geliştirilen motor, bir baypas motorun erken bir örneğiydi. Konfigürasyon, 2 makaralı bir turbojet'e benziyordu, ancak onu baypas motoruna dönüştürmek için büyük boyutlu bir düşük basınçlı kompresörle donatılmıştı: kompresör kanatlarının iç kısmından geçen akış, kanatların dış kısmı patlarken çekirdeğe gitti. itmenin geri kalanını sağlamak için çekirdeğin etrafında hava. Conway için baypas oranı, modele bağlı olarak 0,3 ile 0,6 arasında değişiyordu.
1960'larda baypas oranlarının büyümesi, jet uçaklarına pistonla çalışan uçaklarınkiyle rekabet edebilecek yakıt verimliliği sağladı . Bugün (2015), çoğu jet motorunun bazı baypasları var. Uçaklar gibi daha yavaş uçaklardaki modern motorlar 12:1'e kadar baypas oranlarına sahiptir; avcı uçakları gibi daha yüksek hızlı uçaklarda baypas oranları çok daha düşüktür, 1,5 civarında; ve Mach 2'ye kadar ve biraz üzerinde hızlar için tasarlanmış tekneler 0,5'in altında baypas oranlarına sahiptir.
Turboproplar , 50-100'lük baypas oranlarına sahiptir, ancak sevk hava akışı pervaneler için fanlara göre daha az net bir şekilde tanımlanır ve pervane hava akışı, turbofan memelerinden gelen hava akışından daha yavaştır.
Motor baypas oranları
| modeli | Öncelikle | BPR | itme | Başlıca uygulamalar |
|---|---|---|---|---|
| P&WC PT6 / P&WC PW100 turboproplar | 50-60 | Süper Kral Hava / ATR 72 | ||
| P&W PW1000G | 2008 | 9,0–12,5 | 67–160 kN | A320neo , A220 , E-Jets E2 , Irkut MC-21 |
| RR Trent 1000 | 2006 | 10.8–11 | 265,3–360,4 kN | B787 |
| CFM SAYISI | 2013 | 9.0–11.0 | 100–146 kN | A320neo , B737Max , Comac C919 |
| GE GE90 | 1992 | 8,7-9,9 | 330–510 kN | B777 |
| RR Trent XWB | 2010 | 9.3 | 330–430 kN | A350XWB |
| GE Genx | 2006 | 8.0–9.3 | 296-339 kN | B747-8 , B787 |
| EA GP7000 | 2004 | 8.7 | 311-363 kN | A380 |
| RR Trent 900 | 2004 | 8.7 | 340-357 kN | A380 |
| RR Trent 500 | 1999 | 8.5 | 252 kN | A340 -500/600 |
| CFM56 | 1974 | 5.0–6.6 | 97.9-151 kN | A320 , A340 -200/300, B737 , KC-135 , DC-8 |
| P&W PW4000 | 1984 | 4.8–6.4 | 222–436 kN | A300 / A310 , A330 , B747 , B767 , B777 , MD-11 |
| GE CF34 | 1982 | 5.3–6.3 | 41-82,3 kN | Challenger 600 , CRJ , E-jetler |
| Gümüş kret | 2012 | 5.9 | 50,9 kN | Cit. Yarımküre , Falcon 5X |
| RR Trent 800 | 1993 | 5.7–5.79 | 411–425 kN | B777 |
| GE Pasaportu | 2013 | 5.6 | 78,9–84,2 kN | Küresel 7000 /8000 |
| P&WC PW800 | 2012 | 5.5 | 67.4–69.7 kN | Gulfstream G500/G600 |
| GE CF6 | 1971 | 4.3–5.3 | 222–298 kN | A300 / A310 , A330 , B747 , B767 , MD-11 , DC-10 |
| D-36 | 1977 | 5.6 | 63.75 kN | Yak-42 , An-72 , An-74 |
| RR AE 3007 | 1991 | 5.0 | 33,7 kN | ERJ , Alıntı X |
| RR Trent 700 | 1990 | 4.9 | 320 kN | A330 |
| IAE V2500 | 1987 | 4.4–4.9 | 97,9-147 kN | A320 , MD-90 |
| P&W PW6000 | 2000 | 4.90 | 100,2 kN | Airbus A318 |
| RR BR700 | 1994 | 4.2–4.5 | 68,9–102,3 kN | B717 , Küresel Ekspres , Gulfstream V |
| P&WC PW300 | 1988 | 3,8–4,5 | 23.4–35,6 kN | Cit. Egemen , G200 , F. 7X , F. 2000 |
| GE-H HF120 | 2009 | 4.43 | 7,4 kN | HondaJet |
| Donanım HTF7000 | 1999 | 4.4 | 28,9 kN | Challenger 300 , G280 , Eski 500 |
| PS-90 | 1992 | 4.4 | 157-171 kN | Il-76 , Il-96 , Tu-204 |
| PowerJet SaM146 | 2008 | 4–4.1 | 71.6–79.2 kN | Sukhoi Süperjet 100 |
| Williams FJ44 | 1985 | 3.3–4.1 | 6,7–15,6 kN | CitationJet , Cit. M2 |
| P&WC PW500 | 1993 | 3.90 | 13,3 kN | Alıntı Excel , Phenom 300 |
| HW TFE731 | 1970 | 2,66–3,9 | 15.6–22,2 kN | Learjet'e 70/75 , G150 , Falcon 900 |
| RR Tay | 1984 | 3.1–3.2 | 61,6–68,5 kN | Gulfstream IV , Fokker 70 / -100 |
| Pratt & Whitney Kanada PW600 | 2001 | 1,83–2,80 | 6,0 kN | Cit. Mustang , Eclipse 500 , Phenom 100 |