Poměr bypassu - Bypass ratio
![]() | tento článek potřebuje další citace pro ověření.Leden 2009) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |



The obtokový poměr (BPR) a turbofan motor je poměr mezi hmotnostním průtokem obtokového proudu a hmotnostním průtokem vstupujícím do jádra.[1] Například obtokový poměr 10: 1 znamená, že obtokovým kanálem prochází 10 kg vzduchu na každý 1 kg vzduchu procházejícího jádrem.
Motory s turbodmychadly jsou obvykle popsány v pojmech BPR, které společně s poměr tlaku motoru, vstupní teplota turbíny a poměr tlaku ventilátoru jsou důležité konstrukční parametry. Kromě toho je BPR kótováno pro turbovrtulový a neodváděný ventilátor zařízení, protože jejich vysoká pohonná účinnost jim dává charakteristiky celkové účinnosti velmi vysokých obtokových turbodmychadel. To umožňuje jejich zobrazení spolu s turbodmychadly na plochách, které ukazují trendy snižování specifické spotřeby paliva (SFC) se zvyšujícím se BPR. BPR je také citováno pro instalace ventilátorů výtahu, kde je proudění vzduchu ventilátoru vzdálené od motoru a fyzicky se nedotýká jádra motoru.
Bypass poskytuje nižší spotřebu paliva pro stejný tah, měřeno jako spotřeba paliva specifická pro tah (palivo za gram / sekundu na jednotku tahu v kN za použití SI jednotky ). Platí nižší spotřeba paliva spojená s vysokými poměry obtoku turboprops, používat vrtule spíše než potrubní ventilátor.[2][3][4][5] Konstrukce s vysokým obtokem jsou dominantním typem komerčních osobních letadel a civilních i vojenských proudových transportů.
Obchodní letadla používají střední motory BPR.[6]
Bojová letadla používají motory s nízký bypass poměry ke kompromisu mezi úsporou paliva a požadavky na boj: vysoké poměry výkonu k hmotnosti, nadzvukový výkon a schopnost používat přídavné spalování.
Zásady
Pokud se veškerá plynová energie z plynové turbíny přemění na kinetickou energii v pohonné trysce, je letadlo nejvhodnější pro vysoké nadzvukové rychlosti. Pokud je vše přeneseno do samostatné velké masy vzduchu s nízkou kinetickou energií, je letadlo nejvhodnější pro nulovou rychlost (vznášení se). U rychlostí mezi nimi je plynový výkon sdílen mezi samostatným proudem vzduchu a tokem vlastní trysky plynové turbíny v poměru, který udává požadovaný výkon letadla. První proudová letadla byla podzvuková a byla pochopena špatná vhodnost pohonné trysky pro tyto rychlosti kvůli vysoké spotřebě paliva a navržen obtok již v roce 1936 (britský patent 471368). hmotnostní tok, který stále poskytuje požadovaný tah, ale spotřebovává méně paliva. Frank Whittle nazval to „převodem dolů“.[7] Síla se přenáší z generátoru plynu na zvláštní hmotu vzduchu, tj. Proudový motor s větším průměrem, který se pohybuje pomaleji. Obtok šíří dostupnou mechanickou energii na více vzduchu, aby se snížila rychlost paprsku.[8] Kompromis mezi hmotnostním tokem a rychlostí je také patrný u vrtulí a rotorů vrtulníků porovnáním zatížení disku a výkonu.[9] Například stejná hmotnost vrtulníku může být podporována motorem s vysokým výkonem a rotorem s malým průměrem nebo pro menší palivo motorem s nízkým výkonem a větším rotorem s nižší rychlostí skrz rotor.
Obtok obvykle označuje přenos plynové energie z plynové turbíny do obtokového proudu vzduchu, aby se snížila spotřeba paliva a hluk paprsku. Alternativně může existovat požadavek na motor s přídavným spalováním, kde jediným požadavkem na obtok je poskytnout chladicí vzduch. Tím se stanoví spodní limit pro BPR a tyto motory se nazývají „netěsné“ nebo proudové motory s nepřetržitým krvácením[10] (General Electric YJ-101 BPR 0,25) a proudové motory s nízkým BPR[11] (Pratt & Whitney PW1120). Nízký BPR (0,2) byl také použit k zajištění přepětí a chlazení přídavného spalování Pratt & Whitney J58.[12]
Popis

V proudovém motoru s nulovým obtokem je vysokoteplotní a vysokotlaký výfukový plyn urychlován expanzí prostřednictvím a hnací tryska a vytváří veškerý tah. Kompresor absorbuje veškerou mechanickou energii produkovanou turbínou. V provedení obtoku pohání další turbíny a potrubní ventilátor který zrychluje vzduch dozadu od přední části motoru. V konstrukci s vysokým obtokem produkují větrák potrubní ventilátor a tryska. S turboventilátory úzce souvisí turboprops v zásadě proto, že oba přenášejí část plynové energie plynové turbíny pomocí zvláštního strojního zařízení na obtokový proud a ponechávají méně pro přeměnu horké trysky na kinetickou energii. Turbodmychadla představují mezistupeň mezi nimi proudové motory, které odvozují veškerý svůj tah od výfukových plynů, a turbodmychadla, které odvozují minimální tah od výfukových plynů (obvykle 10% nebo méně).[13] Extrakce energie hřídele a její přenos do obtokového proudu přináší další ztráty, které jsou více než kompenzovány zlepšenou hnací účinností. Turbovrtulový turbodmychadlo při své nejlepší letové rychlosti poskytuje významnou úsporu paliva oproti proudovému motoru, přestože do tryskové trysky s nízkými ztrátami byla přidána další turbína, převodovka a vrtule.[14] Ve srovnání s jedinou tryskou turbodmychadla má turboventilátor další ztráty z dalších turbín, ventilátoru, obtokového potrubí a trysky s extra pohonem.
Chcete-li vidět vliv samotného zvýšení BPR na celkovou účinnost v letadle, tj. SFC, je třeba použít společný generátor plynu, tj. Beze změny parametrů Braytonova cyklu nebo účinnosti složek. Bennett[15] ukazuje v tomto případě relativně pomalý nárůst ztrát přenášejících energii do obtoku současně s rychlým poklesem ztrát výfukových plynů s výrazným zlepšením SFC. Ve skutečnosti zvýšení BPR v průběhu času přicházejí spolu se zvýšením maskování účinnosti generátoru plynu, do určité míry s vlivem BPR.
Pouze omezení hmotnosti a materiálů (např. Pevnosti a teploty tání materiálů v turbíně) snižují účinnost, při které turboplynová plynová turbína přeměňuje tuto tepelnou energii na energii mechanickou, protože zatímco výfukové plyny mohou mít stále k dispozici energii extrahuje každý další stator a disk turbíny získává postupně méně mechanické energie na jednotku hmotnosti a zvyšuje kompresní poměr systému přidáním do stupně kompresoru ke zvýšení celkové účinnosti systému zvyšuje teploty na čelní straně turbíny. Avšak motory s vysokým obtokem mají vysokou hodnotu hnací účinnost protože i nepatrné zvýšení rychlosti velmi velkého objemu a následně hmotnosti vzduchu vytváří velmi velkou změnu hybnosti a tahu: tah je hmotnostní průtok motoru (množství vzduchu protékajícího motorem) vynásobený rozdílem mezi vstupem a rychlosti výfukového plynu - lineární vztah - ale kinetická energie výfukového plynu je hmotnostní tok vynásobený jednou polovinou druhé mocniny rozdílu rychlostí.[16][17] Nízká načítání disku (tah na plochu disku) zvyšuje energetickou účinnost letadla a tím snižuje spotřebu paliva.[18][19][20]
The Rolls Royce Conway turbofan motor, vyvinutý na počátku 50. let, byl časným příkladem obtokového motoru. Konfigurace byla podobná dvouproudovému proudovému motoru, ale aby se z něj stal obtokový motor, byl vybaven nadměrně nízkým tlakovým kompresorem: průtok vnitřní částí lopatek kompresoru šel do jádra, zatímco vnější část lopatek foukala vzduch kolem jádra, aby poskytoval zbytek tahu. Poměr obtoku pro Conway se pohyboval mezi 0,3 a 0,6 v závislosti na variantě[21]
Růst obtokových poměrů během šedesátých let dal jetliners palivová účinnost, která by mohla konkurovat energetické účinnosti pístových letadel. Dnes (2015) má většina proudových motorů nějaký obtok. Moderní motory v pomalejších letadlech, jako jsou dopravní letadla, mají obtokové poměry až 12: 1; v letadlech s vyšší rychlostí, jako např bojovníci, obtokové poměry jsou mnohem nižší, kolem 1,5; a plavidla určená pro rychlosti do Mach 2 a poněkud výše mají obtokové poměry pod 0,5.
Turboprops mají obtokové poměry 50-100,[2][3][4] ačkoli hnací proud vzduchu je u vrtulí definován méně jasně než u ventilátorů[22] a proudění vzduchu vrtule je pomalejší než proudění vzduchu z trysek turbofan.[20][23]
Poměry obtoku motoru
Reference
- ^ https://www.britannica.com/technology/bypass-ratio
- ^ A b Ilan Kroo a Juan Alonso. "Konstrukce letadla: Syntéza a analýza, Pohonné systémy: Základní koncepty Archiv " Stanford University School of Engineering, Department of Aeronautics and Astronautics. Citát: „Když se obtokový poměr zvýší na 10–20 pro velmi efektivní výkon při nízkých otáčkách, hmotnost a vlhká plocha krytu (vstupu) ventilátoru se zvětší a v určitém okamžiku má smysl jej úplně vyloučit. stává se vrtulí a motor se nazývá turbovrtulový. Turbovrtulové motory poskytují efektivní výkon od nízkých otáček až po M = 0,8 s obtokovými poměry 50–100. “
- ^ A b C Prof. Z. S. Spakovszky. "11.5 Trendy v tepelné a pohonné účinnosti Archiv " MIT turbíny, 2002. Termodynamika a pohon
- ^ A b Nag, P.K. "Základní a aplikovaná termodynamika "p550. Publikoval Tata McGraw-Hill Education. Citace:" Pokud je kryt odstraněn z ventilátoru, výsledkem je turbovrtulový motor. Motory s turbodmychadlem a turbovrtulovým pohonem se liší hlavně v poměru obtoku 5 nebo 6 u turbodmychadel a až 100 u turbovrtulového motoru. “
- ^ Animované motory
- ^ „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 2017-05-16. Citováno 2016-12-25.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
- ^ Aerodynamika plynové turbíny, Sir Frank Whittle, Pergamon Press 1981, s. 217
- ^ Aircraft Engine Design Second Edition, Mattingley, Heiser, Pratt, AIAA Education Series, ISBN 1-56347-538-3, str. 539
- ^ https://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1964/1964%20-%202596.html
- ^ Jane's All The World's Aircraft 1975-1976, edited by John W.R.Taylor, Jane's Yearbooks, Paulton House, 8 Sheperdess Walk, London N1 7LW, str.748
- ^ http://proceedings.asmedigitalcollection.asme.org/proceeding.aspx?articleid=2275853
- ^ http://roadrunnersinternationale.com/pw_tales.htm
- ^ "Turboventilátorový motor Archivováno 2015-04-18 na Wayback Machine ", strana 7. SRM Institute of Science and Technology, Katedra leteckého inženýrství
- ^ The Gas Turbine Theory Second Edition, Cohen, Rogers and Saravanamuttoo, Longmans Group Limited 1972, ISBN 0 582 44927 8, str.85
- ^ Aero Engine Development for the Future, H.W. Bennett, Proc Instn Mech Engrs Vol 197A, divize Power Industries, červenec 1983, obr
- ^ Paul Bevilaqua : Pohonný systém Lift Fan poháněný hřídelem pro Joint Strike Fighter Archivováno 05.06.2011 na Wayback Machine strana 3. Prezentováno 1. května 1997. Dokument DTIC.MIL Word, 5,5 MB. Přístup: 25. února 2012.
- ^ Bensen, Igor. "Jak létají - Bensen vysvětluje vše Archivováno 09.01.2015 na Wayback Machine " Gyrocopters UK. Přístup: 10. dubna 2014.
- ^ Johnson, Wayne. Teorie vrtulníků pp3 + 32, Publikace Courier Dover, 1980. Přístup: 25. února 2012. ISBN 0-486-68230-7
- ^ Wieslaw Zenon Stepniewski, C. N. Keys. Aerodynamika rotačního křídla p3, Publikace Courier Dover, 1979. Přístup: 25. února 2012. ISBN 0-486-64647-5
- ^ A b Philip Walsh, Paul Fletcher. "Výkon plynové turbíny ", strana 36. John Wiley & Sons, 15. dubna 2008. Citace:" Má lepší spotřebu paliva než proudový nebo turboventilátor, a to díky vysoké hnací účinnosti. Dosahování tahu pomocí vysokého hmotnostního průtoku vzduchu z vrtule při nízká rychlost proudu. Nad 0,6 Machovým číslem se turbovrtulový pohon postupně stává nekonkurenceschopným, hlavně kvůli vyšší hmotnosti a čelní ploše. “
- ^ „Rolls-Royce Aero Engines“ Bill Gunston, Patrick Stevens Limited, ISBN 1-85260-037-3, str.147
- ^ "Tah vrtule " Glenn Research Center (NASA )
- ^ "Turbopropový motor " Glenn Research Center (NASA )
- ^ Jane's All the World's Aircraft. 2005. str. 850–853. ISSN 0075-3017.
- ^ „PW1000G“. MTU.
- ^ „The Leap Engine“. CFM International.
- ^ „GEnx“. GE.