Bypass-forhold er kvotienten til massestrømningshastighet gjennom bypass-kanalen over massestrømningshastigheten gjennom motorkjernen. Holder det seg konstant under den typiske flyturen til en passasjerfly?
Hvis det ikke holder seg praktisk talt konstant, hva er drivkraftene?
Det er to faktorer som bestemmer bypassforholdet (eller rettere sagt hvordan det kan endres):
Kompressoren fungerer som en pumpe, og øker trykket i luften, enten den suger ved inntaket som ved start, eller RAM-mating, for eksempel i cruise fly. I likhet med en pumpe, jo raskere en spole (kompressor) spinner, jo større massestrøm pumpes den (skaper). Så hvis vi for eksempel ser på en CFM56-7B -motor, er akselhastighetene på 100% 5 175 rpm for N1 og 14 417 rpm for N2. Det er et forhold på 2,78. Ved start vil motoren være nær denne tilstanden. Men ved cruisetrykk på 35.000 fot vil motoren bli strupet tilbake. Det som pleier å skje i en gassturbin, er at N1-spolen bremser relativt mer enn N2, ettersom gassen reduseres. Så på cruise er N1 kanskje 3.880 o / min (75%), mens N2 er kanskje 11.534 o / min (80%). Forholdet mellom dem er nå 3,41. Kjernens pumpekapasitet har bare redusert 20% fra starttilstanden, mens vifteens pumpekapasitet har redusert 25%. Derfor vil bypass-forholdet være lavere ved cruise enn ved start.
Nå er verdiene mine på 80% og 75% på cruise bare forslag. Men det er for å illustrere poenget at hvis forholdet mellom o / min til de to spolene endres, vil bypassforholdet endres.
I hovedsak blir kjernestrømmen bestemt av o / min på begge spolene, mens viftekanalstrømmen bare bestemmes av viften. Så endringer i rpm-forholdet vil påvirke bypass-forholdet.
{Hvorfor er N2-driftsområdet mindre enn N1-området ?: CFM56 -motoren har en en-trinns vifte, og avhengig av modell, enten en 3 eller 4-trinns booster (eller LPC) , med en 9-trinns HPC. Disse kompressorene får luften til å strømme i retning av økende trykk. Luften vil egentlig ikke gjøre det. Så hvis designet prøver å øke trykkforholdet per trinn for mye, vil bladet sannsynligvis stanse. Det er vanskelig å få aerodynamiske forhold som unngår stall i første trinn og siste trinn i samme driftsforhold. Det er enda vanskeligere når det er 9 trinn på skaftet, enn 3 eller 4 (pluss en vifte). Så rekkevidden for forhold som en 9-trinns kompressor vil operere over, er generelt mindre enn rekkevidden for forhold som en 3 eller 4-trinns kompressor vil operere over.
Massestrømningshastighet oppnås som
$$ \ dot {m} = A \ cdot \ rho \ cdot v $$
hvor $ A $ er området, $ \ rho $ er tettheten, og $ v $ er strømningshastigheten.
Bypassforholdet er da
$$ \ frac {\ dot {m} _ {bypass}} {\ dot {m} _ {core}} = \ frac {A_ {bypass} \ cdot \ rho_ {bypass} \ cdot v_ {bypass}} {A_ {core} \ cdot \ rho_ {core} \ cdot v_ {core }} $$
men $ v_ {bypass} = v_ {core} $, og $ \ rho_ {bypass} = \ rho_ {core} $ (siden ny masse ikke blir opprettet i kjernen, kan se på verdiene i begynnelsen av kjerneseksjonen).
Dette etterlater oss med
$$ \ frac {\ dot {m} _ {bypass}} {\ dot {m} _ {core}} = \ frac {A_ {bypass}} {A_ {core}} $$
men $ \ frac {A_ {bypass}} {A_ {core}} $ er konstant, fordi geometrien til motoren generelt ikke er variabel i et passasjerfly.
Dette fører til at $ \ frac {\ dot {m} _ {bypass}} {\ dot {m} _ {core}} $ er (ganske) konstant med disse forholdene.
Forutsetninger som jeg anser som rimelige:
Denne siste antagelsen betyr at jeg antar at motoren fungerer ved eller nær designpunktet, som nevnt i kommentarene, skiftende sterk > viftehastigheten vil påvirke hastighetsfordelingen etter viften, og dermed BPR . Dette skjer for det meste bare under start eller landing , mens det store flertallet av flyet vanligvis er cruise, der antagelsen generelt er tilfredsstilt.
(*) Legg merke til hvordan boka , i det følgende kapitlet, forklarer at BPR er en grunnleggende designparameter. Og noen få sider tidligere (side 125) viser det hvordan en motor ville bli designet med utgangspunkt i noen krav, og disse inkluderer en spesifikk (ikke variabel) BPR. Dette er fordi motorene først og fremst er designet rundt forholdene de jobber lengst under, dvs. cruise.
Bypassforholdet er optimalisert for cruise, som er designpunktet, og det endres med skiftende evige forhold. Off-design endres bypassforholdet:
Boken Gas Turbine Theory av Saravanamuttoo-Rogers-Cohen inneholder et avsnitt om bestemmelse av designprosedyrer for turbofanen. Fra avsnitt 9.4:
Tilnærmingen beskrevet i avsnitt 9.2 gjelder også for turbofans, men i dette tilfellet må vi ta hensyn til strømningsdelingen mellom bypasskanalen og gassgeneratoren, som vil varierer med driftsforholdene utenfor design.
Bypass-karakteristikk er inkludert i følgende figur, også fra boka.
Inngangsparametere for prosedyren er trykk og temperatur ved inngangen til LP-kompressoren, og bypassforholdet endres derfor også under klatring i cruise. Disse to parametrene endres som en funksjon av:
Dette svarer på den andre delen av OP-spørsmålet Hvis det ikke holder seg nesten konstant, hva er drivkraftene?
Merk at boka også inneholder et utarbeidet eksempel på en dobbel spole turbofan - fra eksempel 32 på side 123 og videre:
I begge tilfeller kan området beregnes ut fra kontinuitet, dvs. $ m = \ rho AC $. Tettheten er oppnådd fra $ \ rho = p / RT $, hvor $ p $ og $ T $ er de statiske verdiene i dysens plan;
Tetthet $ \ rho $ er en funksjon av trykk og temperatur, og utsagn om tetthet og hastighet hvor som helst i motoren kan ikke komme uten å også vurdere $ p $ og $ T $, som bok gjør selvfølgelig.