बाईपास अनुपात

एक टर्बोफैन इंजन का बाईपास अनुपात (बीपीआर) बाईपास धारा के द्रव्यमान प्रवाह दर और अन्तर्भाग में प्रवेश करने वाले द्रव्यमान प्रवाह दर के बीच का अनुपात है। उदाहरण के लिए एक 10:1 बाईपास अनुपात का अर्थ है कि अन्तर्भाग से गुजरने वाली प्रत्येक 1 किलो वायु के लिए बाईपास नलिका से 10 किलो वायु गुजरती है ।

टर्बोफैन इंजन को सामान्यतौर पर बीपीआर के संदर्भ में वर्णित किया जाता है,जो इंजन दबाव अनुपात,टरबाइन प्रवेशिका तापमान और उत्तेजित दबाव अनुपात के साथ मिलकर एक महत्वपूर्ण मापदंड को रचित करते हैं। इसके अलावा,बीपीआर को टर्बोप्रोप और नलिका वाले पंखे स्थापित करने के लिए उद्धृत किया गया है क्योंकि उनकी उच्च प्रणोदक दक्षता उन्हें उच्च बाईपास टर्बोफैन की समग्र विशेष दक्षता देती है। यह उन्हें भूखंडों पर टर्बोफैन के साथ दिखाने की अनुमति देता है जो बढ़ते बीपीआर के साथ विशिष्ट ईंधन की खपत (एसएफसी) को कम करता है। बीपीआर को लिफ्ट फैन स्थापित करने के लिए उद्धृत किया गया है जहां पंखे का वायुप्रवाह इंजन से दूर है और इंजन के अन्तर्भाग को शारीरिक रूप से नहीं छूता है।

बाईपास एक ही बल के लिए एक कम ईंधन की खपत प्रदान करता है,जिसे थ्रस्ट विशिष्ट ईंधन खपत के रूप में मापा जाता है जो कि एसआई इकाइयों का उपयोग करके KN में बल की प्रति यूनिट ग्राम/सेकंड ईंधन के रूप में मापा जाता है। कम ईंधन की खपत जो उच्च बाईपास अनुपात के साथ आती है,टर्बोप्रॉप्स पर लागू होती है,एक नलिका वाले पंखे के बजाय एक प्रोपेलर (एरोनॉटिक्स) का उपयोग करती है।   व्यावसायिक यात्री विमान और नागरिक और सैन्य जेट परिवहन दोनों के लिए उच्च बाईपास डिजाइन प्रमुख प्रकार हैं। व्यावसायिक जेट मध्यम बीपीआर इंजन का उपयोग करते हैं।

लड़ाकू विमान ईंधन अर्थव्यवस्था और युद्ध की आवश्यकताओं के बीच समझौता करने के लिए कम बाईपास अनुपात वाले इंजन का उपयोग करते हैं: जैसे उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात,पराध्वनिक प्रदर्शन और अधिज्वालक का उपयोग करने की क्षमता।

सिद्धांत
यदि गैस टरबाइन से सभी गैस शक्ति को एक प्रोपेलिंग नोजल में गतिज ऊर्जा में बदल दिया जाता है, तो विमान उच्च पराध्वनिक गति के लिए सबसे उपयुक्त है। यदि यह सभी कम गतिज ऊर्जा के साथ वायु के एक अलग बड़े द्रव्यमान में स्थानांतरित हो जाता है,तो विमान शून्य गति (होवरिंग) के लिए सबसे उपयुक्त है। विमान के आवश्यकता अनुसार प्रदर्शन के लिए विमान की गति के बीच में गैस शक्ति को एक अलग वायु धारा और गैस टरबाइन के अपने नोजल प्रवाह के बीच एक अनुपात में साझा किया जाता है। 1936 (यू.के. पेटेंट 471,368) की शुरुआत में बाईपास प्रस्तावित किया गया था क्योंकि पहला जेट विमान अवध्वनिक था और उच्च ईंधन की खपत के कारण इन गति के लिए प्रोपेलिंग नोजल की खराब उपयुक्तता को समझा गया था।

फ्रैंक व्हिटल के अनुसार बाईपास के पीछे अंतर्निहित सिद्धांत यह है की कम ईंधन का उपयोग करके अतिरिक्त द्रव्यमान प्रवाह के लिए निकास वेग का व्यवसाय करके आवश्यक बल प्राप्त करना है। विद्युत् को गैस जनरेटर से वायु के एक अतिरिक्त द्रव्यमान में स्थानांतरित किया जाता है तब एक बड़ा व्यास जेट कम आगे बढ़ता है। जेट के वेग को कम करने के लिए बायपास उपलब्ध यांत्रिक शक्ति को अधिक हवा में फैलाता है। डिस्क लोडिंग और पावर लोडिंग की तुलना करके प्रोपेलर और हेलीकॉप्टर रोटर्स के साथ बड़े पैमाने पर प्रवाह और वेग के बीच सामंजस्य भी देखा जाता है। उदाहरण के लिए,एक ही हेलीकॉप्टर वजन को एक उच्च शक्ति इंजन और छोटे व्यास घूर्णक द्वारा समर्थित किया जा सकता है या,कम ईंधन के लिए,कम विद्युत् इंजन और घूर्णक के माध्यम से कम वेग के साथ बड़े घूर्णक को समर्थित किया जा सकता है।

सामान्यतौर पर बाईपास गैस टरबाइन से गैस शक्ति को ईंधन की खपत और जेट शोर को कम करने के लिए वायु की बाईपास धारा में स्थानांतरित करने के लिए संदर्भित करता है। वैकल्पिक रूप से,एक अधिज्वालक इंजन के लिए एक आवश्यकता हो सकती है जहां बाईपास के लिए एकमात्र आवश्यकता शीतलन वायु प्रदान करना है। यह बीपीआर के लिए निचली सीमा निर्धारित करता है और इन इंजनों को टपकी या निरंतर ब्लीड टर्बोजेट कहा जाता है (जनरल इलेक्ट्रिक YJ-101 BPR 0.25) और कम बीपीआर टर्बोजेट्स (प्रैट और व्हिटनी PW1120)।लो बीपीआर (0.2) का उपयोग प्रैट एंड व्हिटनी जे 58 के लिए सर्ज मार्जिन के साथ -साथ अधिज्वालक कूलिंग प्रदान करने के लिए भी किया गया है।

 विवरण  एक शून्य-बायपास (टर्बोजेट) इंजन में उच्च तापमान और उच्च दबाव निकास गैस को एक प्रोपेलिंग नोजल के माध्यम से विस्तार से तेज किया जाता है और सभी जोर पैदा करता है।कंप्रेसर टरबाइन द्वारा उत्पादित सभी यांत्रिक शक्ति को अवशोषित करता है।एक बाईपास डिज़ाइन में अतिरिक्त टर्बाइन एक नलिका वाले पंखे को चलाते हैं जो इंजन के सामने से वायु को पीछे की ओर तेज करता है। एक उच्च-बाइपास डिजाइन में,डक्टेड प्रशंसक और नोजल अधिकांश जोर का उत्पादन करते हैं। टर्बोफैन सिद्धांत रूप में टर्बोप्रॉप्स से निकटता से संबंधित हैं क्योंकि दोनों गैस टरबाइन की गैस शक्ति में से कुछ को स्थानांतरित करते हैं,अतिरिक्त मशीनरी का उपयोग करते हुए, एक बाईपास स्ट्रीम में गर्म नोजल के लिए कम छोड़ने के लिए गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए।टर्बोफैन टर्बोजेट के बीच एक मध्यवर्ती चरण का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो निकास गैसों से उनके सभी जोर को प्राप्त करते हैं, और टर्बो-प्रॉप जो निकास गैसों (सामान्यतौर पर 10% या उससे कम) से न्यूनतम जोर देते हैं। शाफ्ट पावर को निकालना और इसे बाईपास स्ट्रीम में स्थानांतरित करना अतिरिक्त नुकसान का परिचय देता है जो बेहतर प्रोपल्सिव दक्षता से बने होते हैं।अपनी सबसे अच्छी उड़ान की गति पर टर्बोप्रॉप एक टर्बोजेट पर महत्वपूर्ण ईंधन बचत देता है, भले ही एक अतिरिक्त टरबाइन, एक गियरबॉक्स और एक प्रोपेलर को टर्बोजेट के कम-हानि प्रोपेलिंग नोजल में जोड़ा गया। टर्बोफैन को टर्बोजेट के सिंगल नोजल की तुलना में अपने अतिरिक्त टर्बाइनों, प्रशंसक, बाईपास नलिका और अतिरिक्त प्रोपेलिंग नोजल से अतिरिक्त नुकसान है।

विमान में समग्र दक्षता पर अकेले बीपीआर बढ़ाने के प्रभाव को देखने के लिए, यानी एसएफसी, एक सामान्य गैस जनरेटर का उपयोग किया जाना है, अर्थात ब्रेटन चक्र मापदंडों या घटक क्षमता में कोई बदलाव नहीं।बेनेट इस मामले में शो एसएफसी में एक महत्वपूर्ण सुधार के साथ निकास हानि में तेजी से गिरावट के रूप में एक ही समय में बाईपास में बिजली हस्तांतरित नुकसान में अपेक्षाकृत धीमी वृद्धि। वास्तविकता में समय के साथ बीपीआर में वृद्धि होती है, कुछ हद तक, बीपीआर के प्रभाव में गैस जनरेटर दक्षता मास्किंग में वृद्धि के साथ आता है।

केवल वजन और सामग्रियों की सीमाएं (जैसे, टरबाइन में सामग्री की ताकत और पिघलने वाले बिंदु) उस दक्षता को कम करते हैं जिस पर एक टर्बोफैन गैस टरबाइन इस थर्मल ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जबकि निकास गैसों में अभी भी उपलब्ध ऊर्जा हो सकती है।निकाले गए, प्रत्येक अतिरिक्त स्टेटर और टरबाइन डिस्क वजन की प्रति यूनिट उत्तरोत्तर कम यांत्रिक ऊर्जा को प्राप्त करता है, और टरबाइन चेहरे पर समग्र प्रणाली दक्षता बढ़ाने के लिए कंप्रेसर चरण में जोड़कर सिस्टम के संपीड़न अनुपात को बढ़ाता है।फिर भी, उच्च-बाइपास इंजनों में एक उच्च प्रणोदक दक्षता होती है क्योंकि यहां तक कि एक बहुत बड़ी मात्रा के वेग को थोड़ा बढ़ाते हुए और परिणामस्वरूप वायु का द्रव्यमान गति और जोर में एक बहुत बड़ा परिवर्तन पैदा करता है: थ्रस्ट इंजन का द्रव्यमान प्रवाह है (वायु की मात्रा के माध्यम से बहती हैइंजन) इनलेट और निकास वेगों के बीच के अंतर से गुणा-एक रैखिक संबंध में-लेकिन निकास की गतिज ऊर्जा द्रव्यमान प्रवाह वेगों में अंतर के एक-आधे वर्ग से गुणा किया जाता है। एक कम डिस्क लोडिंग (प्रति डिस्क क्षेत्र में जोर) विमान की ऊर्जा दक्षता को बढ़ाता है, और यह ईंधन के उपयोग को कम करता है।

रोल्स-रॉयस लिमिटेड | रोल्स-रोयस रोल्स रॉयस कॉनवे टर्बोफैन इंजन, जिसे 1950 के दशक की शुरुआत में विकसित किया गया था, एक बाईपास इंजन का एक प्रारंभिक उदाहरण था।कॉन्फ़िगरेशन एक 2-स्पूल टर्बोजेट के समान था, लेकिन इसे एक बाईपास इंजन में बनाने के लिए यह एक ओवरसाइज़्ड लो प्रेशर कंप्रेसर से सुसज्जित था: कंप्रेसर ब्लेड के आंतरिक भाग के माध्यम से प्रवाह कोर में चला गया जबकि ब्लेड के बाहरी हिस्से में उड़ गयाबाकी जोर प्रदान करने के लिए कोर के चारों ओर वायु।कॉनवे के लिए बाईपास अनुपात भिन्नता के आधार पर 0.3 और 0.6 के बीच भिन्न होता है

1960 के दशक के दौरान बाईपास अनुपात के विकास ने जेट एयरलाइनर ईंधन दक्षता दी जो पिस्टन-संचालित विमानों के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकती थी। आज (2015), अधिकांश जेट इंजनों में कुछ बाईपास हैं।धीमे विमानों में आधुनिक इंजन, जैसे कि एयरलाइनर, 12: 1 तक के अनुपात को बायपास करते हैं;उच्च गति वाले विमानों में, जैसे कि लड़ाकू विमान, बाईपास अनुपात बहुत कम हैं, लगभग 1.5;और मच 2 तक की गति के लिए डिज़ाइन किए गए शिल्प और ऊपर कुछ हद तक 0.5 से नीचे के अनुपात को बाईपास किया गया है।

टर्बोप्रॉप्स में 50-100 के अनुपात को बायपास किया जाता है,  हालांकि प्रोपल्शन एयरफ्लो प्रशंसकों की तुलना में प्रोपेलर के लिए कम स्पष्ट रूप से परिभाषित किया गया है और प्रोपेलर एयरफ्लो टर्बोफैन नोजल से एयरफ्लो की तुलना में धीमा है।