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 सामान्यतः 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 ईंधन की खपत प्रदान करता है, जिसे बल विशिष्ट ईंधन खपत के रूप में 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, 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 के बदल आवश्यक बल प्राप्त सके। 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 घूर्णक 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 को 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।

सामान्यतः 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,बाईपास की एकमात्र आवश्यकता अधिज्वालक इंजन के लिए शीतलन वायु प्रदान करना है। यह बीपीआर के लिए निचली सीमा निर्धारित करता है और इन इंजनों को छिद्रयुक्त या निरंतर ब्लीड टर्बोजेट (जनरल इलेक्ट्रिक YJ-101 बीपीआर 0.25) और कम बीपीआर टर्बोजेट्स (प्रैट एंड व्हिटनी पीडब्लू1120) कहा जाता है। प्रैट एंड व्हिटनी J58 के लिए बेहतर प्रदर्शनऔर अधिज्वालक शीतलता प्रदान करने के लिए कम बीपीआर (0.2) का भी उपयोग किया जाता है।

 विवरण  एक शून्य-बायपास (टर्बोजेट) इंजन में उच्च तापमान और उच्च दबाव निकास गैस को एक प्रोपेलिंग नोजल के माध्यम से विस्तार से त्वरित किया जाता है और सभी बल पैदा करता है। टरबाइन द्वारा उत्पादित सभी यांत्रिक शक्ति को कंप्रेसर अवशोषित करता है। बायपास डिज़ाइन में अतिरिक्त टर्बाइन एक नलिका वाले पंखे को चलाते हैं जो इंजन के सामने से पीछे की ओर हवा को गति देता है। एक उच्च-बाईपास डिज़ाइन में,नलिका वाला पंखा और नोज़ल अधिकांश बल उत्पन्न करते हैं। टर्बोफैन सैद्धांतिक रूप से टर्बोप्रॉप से ​​निकटता से संबंधित हैं क्योंकि दोनों गैस टर्बाइन की कुछ गैस शक्ति को स्थानांतरित करते हैं,अतिरिक्त मशीनरी का उपयोग करके,गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए गर्म नोजल के लिए कम गैस छोड़कर बायपास धारा में स्थानांतरित करते हैं। टर्बोफैन टर्बोजेट के बीच एक मध्यवर्ती चरण का प्रतिनिधित्व करते हैं,जो निकास गैसों से उनके सभी बल को प्राप्त करते हैं और टर्बो-प्रॉप जो निकास गैसों (सामान्यतः 10% या उससे कम) से न्यूनतम बल देते हैं। शाफ्ट शक्ति को निकालने और इसे बाईपास धारा में स्थानांतरित करने से अतिरिक्त नुकसान होता है जो बेहतर प्रणोदन क्षमता से अधिक होता है। टर्बोप्रॉप अपनी सर्वश्रेष्ठ उड़ान गति पर एक टर्बोजेट पर महत्वपूर्ण ईंधन बचत देता है,भले ही टर्बोजेट के कम-नुकसान वाले प्रोपेलिंग नोजल में एक अतिरिक्त टरबाइन,गियरबॉक्स और एक प्रोपेलर जोड़ा गया हो। टर्बोफैन को टर्बोजेट के एकल नोजल की तुलना में अपने अतिरिक्त टर्बाइनों,पंखे,बाईपास नलिका और अतिरिक्त प्रोपेलिंग नोजल से अतिरिक्त नुकसान होता है।

विमान में समग्र दक्षता पर एकमात्र बीपीआर का बढ़ता प्रभाव देखने के लिए अर्थात ब्रेटन चक्र मापदंडों या घटक क्षमता में कोई बदलाव किये बिना एक सामान्य गैस जनरेटर का उपयोग किया जाता है,यानी एसएफसी। बेनेट इस मामले में एसएफसी में एक महत्वपूर्ण सुधार के साथ निकास नुकसान में तेजी से गिरावट के रूप में एक ही समय में बाईपास को बिजली स्थानांतरित करने वाले नुकसान में अपेक्षाकृत धीमी वृद्धि दिखाता है। वास्तविकता में कुछ हद तक बीपीआर के प्रभाव के कारण,समय के साथ गैस जनरेटर दक्षता मास्किंग में वृद्धि के साथ बीपीआर में वृद्धि होती है।

केवल वजन और सामग्रियों की सीमाएं (उदाहरण के लिए, टर्बाइन में सामग्रियों की ताकत और गलनांक) उस दक्षता को कम करती हैं जिस पर एक टर्बोफैन गैस टरबाइन इस तापीय ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है,जबकि निकास गैसों में अभी भी ऊर्जा उपलब्ध हो सकती है। निकाले जाने पर,प्रत्येक अतिरिक्त आवेग तत्व और टर्बाइन डिस्क वजन की प्रति यूनिट प्रगतिशील रूप में कम यांत्रिक ऊर्जा को पुनः प्राप्त करता है,और समग्र सिस्टम दक्षता बढ़ाने के लिए कंप्रेसर अवस्था में जोड़कर सिस्टम के संपीड़न अनुपात को बढ़ाकर टरबाइन के अग्रभाग पर तापमान 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 बल में एक बहुत बड़ा परिवर्तन पैदा करता है। बल इंजन के द्रव्यमान प्रवाह को प्रवेश और निकास वेगों के बीच के अंतर से एक रैखिक संबंध में गुणा किया जाता है पर निकास की गतिज ऊर्जा द्रव्यमान प्रवाह को वेगों में अंतर को एक-आधे वर्ग से गुणा किया जाता है। एक कम डिस्क लोडिंग विमान की ऊर्जा दक्षता को बढ़ाता है,और यह ईंधन के उपयोग को कम करता है।

रोल्स-रॉयस कॉनवे टर्बोफैन इंजन,जिसे 1950 के दशक की शुरुआत में विकसित किया गया था,बाईपास इंजन का एक प्रारंभिक उदाहरण था। विन्यास 2-स्पूल टर्बोजेट के समान था लेकिन इसे बाईपास इंजन में बनाने के लिए यह एक बड़े कम दबाव वाले कंप्रेसर से सुसज्जित था: कंप्रेसर ब्लेड के आंतरिक भाग के माध्यम से वायु प्रवाह अन्तर्भाग में जाता है जबकि ब्लेड के बाहरी हिस्से में बल प्रदान करने के लिए वायु  प्रवाह अन्तर्भाग के चारों ओर फ़ैल जाता है। 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,जैसे कि लड़ाकू विमान में,बाईपास अनुपात बहुत कम हैं, लगभग 1.5;और मैक 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 पंखो की तुलना प्रोपेलर के लिए संचालक शक्ति वायु प्रवाह कम स्पष्ट रूप से परिभाषित किया गया है और प्रोपेलर वायु प्रवाह टर्बोफैन नोजल से वायु प्रवाह की तुलना में धीमा है।

इंजन बायपास अनुपात