Vad är ett bypass-förhållande?

Bypass-förhållande (BPR) är en term som används för att uttrycka förhållandet mellan mängden luft som strömmar genom bypass-fläkten och runt kärnan i en modern jetmotor och den som passerar genom kärnan. I tidiga jetmotorer användes huvuddelen av luften som passerade in i motorns inlopp i förbränningsprocessen och passerade genom motorns kärna för att komma ut vid motorns avgaser. Även om dessa tidiga flygplansmotorer producerade tillräcklig dragkraft, brände de mycket bränsle, producerade överdrivna utsläpp och var mycket bullriga. Framsteg inom turbinframdrivningsteknik och konstant tryck för att producera tystare, renare och mer bränsleeffektiva flygkraftverk har lett till utvecklingen av motorer med mycket högre bypass-förhållanden. Den senaste generationens jetmotorer från och med 2011 har så höga returförhållanden som åtta till en, vilket gör dem tysta, rena och mycket mer effektiva.

I mycket grundläggande termer består det genomsnittliga turbinkraftverket, eller jetmotorn som de oftare kallas, av två huvudsektioner, eller steg, sammankopplade av en central axel. Dessa två sektioner är inrymda i ett stängt rör och består av en uppsättning kompressorblad på framsidan av motorn och en uppsättning turbinblad på baksidan. Området mellan de två sektionerna används som förbränningskammare. Båda ändarna av röret är öppna mot den yttre atmosfären, med den främre eller främre änden som fungerar som ett inlopp och den bakre öppningen som ett utblås.

När motorn är igång komprimeras luft som kommer in i inloppet av kompressorsteget och tvingas in i förbränningskammaren. Där blandas den komprimerade luften med finfördelat bränsle och antänds. Den snabbt expanderande gasen passerar sedan över och roterar turbinsteget innan den kommer ut vid avgaserna. Denna heta gas ger en procentandel av motorns dragkraft och, eftersom turbinen och kompressorn är sammankopplade, upprätthåller den hela cykeln. I äldre jetmotorer utnyttjades en hög andel av luften som kom in i motorn i denna process, och huvuddelen av motorns totala dragkraft utvecklades av avgaserna.

Även om detta system fungerade bra, hade det flera nackdelar, såsom hög bränsleförbrukning, stora mängder utsläpp från motorerna och överdrivet buller. Ökade bränslekostnader och ständigt ökande miljömedvetenhet, tillsammans med tryck för att minska bullernivåerna runt flygplatser, ledde så småningom till utvecklingen av vad som nu är känt som den höga bypass-motorn. Dessa motorer har fortfarande samma grundläggande struktur som de äldre varianterna, men har en mycket stor förstastegsfläkt innesluten i en gondol som omger kärnan. När dessa motorer går, förbigår huvuddelen av luften som passerar in i inloppet kärnan helt.

Detta har ett antal betydande fördelar. Den första är bränsleförbrukningen med den stora ökningen av bypass-dragkraften som minskar mängden dragkraft som krävs från den centrala kärnförbränningsprocessen. Den andra är den brusreducering som orsakas av det lägre avgastrycket och dämpningseffekten av den bypass-luft som passerar avgaserna. Bypassluften kyler också motorn, vilket möjliggör en mer fullständig förbränning av bränslet med motsvarande utsläppsminskningar.

Från och med 2011 har moderna motorer med högt bypass-förhållande utväxlingar upp till 10 gånger högre än tidigare typer. En Pratt & Whitney JT 8D på en gammal Boeing 737–200 hade ett bypass-förhållande på 0.96 till ett. En Rolls Royce Trent 900 på nya Airbus A380 eller Boeing 777 har ett förhållande på 8.7 till ett. Det betyder att nästan nio gånger så mycket luft strömmar runt motorn än genom kärnan. Den enda gången som motorer med lågt bypass-förhållande är överlägsna är dock i överljudsflygtillämpningar. Ett bra exempel är motorerna på Concorde, som hade ett bypass-förhållande på noll till ett med all insugningsluft som gick rakt ner i den röda banan.