Τι είναι η αναλογία παράκαμψης;

Ο λόγος παράκαμψης (BPR) είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να εκφράσει την αναλογία μεταξύ της ποσότητας αέρα που ρέει μέσω του ανεμιστήρα παράκαμψης και γύρω από τον πυρήνα ενός σύγχρονου κινητήρα τζετ και αυτού που διέρχεται από τον πυρήνα. Στους πρώιμους κινητήρες αεριωθούμενου αέρα, η πλειονότητα του αέρα που περνούσε στην είσοδο του κινητήρα χρησιμοποιήθηκε στη διαδικασία καύσης και περνούσε από τον πυρήνα του κινητήρα για να βγει στην εξάτμιση του κινητήρα. Αν και αυτοί οι πρώτοι κινητήρες αεροσκαφών παρήγαγαν επαρκή ώθηση, έκαιγαν πολύ καύσιμο, παρήγαγαν υπερβολικές εκπομπές και ήταν πολύ θορυβώδεις. Οι εξελίξεις στην τεχνολογία πρόωσης στροβίλων και η συνεχής πίεση για την παραγωγή πιο αθόρυβων, καθαρότερων και πιο αποδοτικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής στην αεροπορία έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη κινητήρων με πολύ υψηλότερους λόγους παράκαμψης. Η τελευταία γενιά κινητήρων τζετ από το 2011 με αναλογίες επιστροφής έως και οκτώ προς ένα, καθιστώντας τους αθόρυβους, καθαρούς και πολύ πιο αποδοτικούς.

Με πολύ βασικούς όρους, ο μέσος σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με στροβίλους, ή ο κινητήρας αεριωθουμένων όπως ονομάζονται συνηθέστερα, αποτελείται από δύο κύρια τμήματα ή στάδια, που διασυνδέονται με έναν κεντρικό άξονα. Αυτά τα δύο τμήματα στεγάζονται μέσα σε κλειστό σωλήνα και αποτελούνται από ένα σύνολο λεπίδων συμπιεστή στο μπροστινό μέρος του κινητήρα και ένα σύνολο πτερύγων στροβίλου στο πίσω μέρος. Η περιοχή μεταξύ των δύο τμημάτων χρησιμοποιείται ως θάλαμος καύσης. Και τα δύο άκρα του σωλήνα είναι ανοιχτά στην εξωτερική ατμόσφαιρα, με το μπροστινό ή το μπροστινό άκρο να χρησιμεύει ως είσοδος και το πίσω άνοιγμα ως εξάτμιση.

Όταν λειτουργεί ο κινητήρας, ο αέρας που εισέρχεται στην είσοδο συμπιέζεται από το στάδιο του συμπιεστή και εξαναγκάζεται στον θάλαμο καύσης. Εκεί, ο πεπιεσμένος αέρας αναμιγνύεται με ψεκασμένο καύσιμο και αναφλέγεται. Το ταχέως διογκούμενο αέριο στη συνέχεια περνάει και περιστρέφει το στάδιο του στροβίλου πριν βγει στην εξάτμιση. Αυτό το θερμό αέριο παρέχει ένα ποσοστό της ώσης του κινητήρα και, επειδή ο στρόβιλος και ο συμπιεστής είναι διασυνδεδεμένοι, διατηρεί ολόκληρο τον κύκλο. Σε παλαιότερους κινητήρες jet, ένα μεγάλο ποσοστό του αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα χρησιμοποιήθηκε σε αυτή τη διαδικασία με το μεγαλύτερο μέρος της συνολικής ώσης του κινητήρα να αναπτύσσεται από τα καυσαέρια.

Αν και αυτό το σύστημα λειτούργησε καλά, είχε αρκετά μειονεκτήματα, όπως υψηλή κατανάλωση καυσίμου, μεγάλες ποσότητες εκπομπών που παράγονται από τους κινητήρες και υπερβολικό θόρυβο. Η αύξηση του κόστους των καυσίμων και η συνεχώς αυξανόμενη περιβαλλοντική ευαισθητοποίηση, μαζί με την πίεση για μείωση των επιπέδων θορύβου γύρω από τα αεροδρόμια, οδήγησαν τελικά στην ανάπτυξη αυτού που σήμερα είναι γνωστό ως κινητήρας υψηλής παράκαμψης. Αυτοί οι κινητήρες εξακολουθούν να έχουν την ίδια βασική δομή με τις παλαιότερες ποικιλίες, αλλά έχουν έναν πολύ μεγάλο ανεμιστήρα πρώτου σταδίου κλεισμένο σε ένα νάσελ που περιβάλλει τον πυρήνα. Όταν αυτοί οι κινητήρες λειτουργούν, η πλειονότητα του αέρα που περνάει στην είσοδο παρακάμπτει εντελώς τον πυρήνα.

Αυτό έχει μια σειρά από σημαντικά οφέλη. Το πρώτο είναι η κατανάλωση καυσίμου με τη μεγάλη αύξηση της ώσης παράκαμψης που μειώνει την ποσότητα ώσης που απαιτείται από τη διαδικασία καύσης στον κεντρικό πυρήνα. Το δεύτερο είναι η μείωση του θορύβου που προκαλείται από τη χαμηλότερη πίεση καυσαερίων και το φαινόμενο σίγασης του αέρα παράκαμψης που διέρχεται την εξάτμιση. Ο αέρας παράκαμψης ψύχει επίσης τον κινητήρα, επιτρέποντας την πληρέστερη καύση του καυσίμου με ανάλογες μειώσεις εκπομπών.

Από το 2011, οι σύγχρονοι κινητήρες υψηλής αναλογίας παράκαμψης διαθέτουν αναλογίες έως και 10 φορές υψηλότερες από τους πρώτους τύπους. Ένα Pratt & Whitney JT 8D σε ένα παλιό Boeing 737–200 είχε αναλογία παράκαμψης 0.96 προς ένα. Μια Rolls Royce Trent 900 στο νέο Airbus A380 ή Boeing 777 έχει αναλογία 8.7 προς ένα. Αυτό σημαίνει ότι σχεδόν εννέα φορές περισσότερος αέρας ρέει γύρω από τον κινητήρα παρά μέσα από τον πυρήνα. Η μόνη φορά που οι κινητήρες με χαμηλό λόγο παράκαμψης είναι ανώτεροι είναι σε εφαρμογές υπερηχητικής πτήσης. Ένα καλό παράδειγμα είναι οι κινητήρες στο Concorde, οι οποίοι είχαν λόγο παράκαμψης μηδέν προς έναν με όλο τον αέρα εισαγωγής να πηγαίνει κατευθείαν στην κόκκινη λωρίδα.