Rasio bypass

Rasio bypass atau bypass ratio (BPR)  dari mesin turbofan adalah rasio antara laju aliran massa bypass dengan laju aliran massa yang memasuki inti. Rasio bypass 10:1, misalnya, berarti 10 kg udara melewati saluran bypass untuk setiap 1 kg udara yang melewati inti.

Mesin turbofan biasanya dijelaskan dalam bentuk BPR, yang bersama dengan rasio tekanan mesin, suhu saluran masuk turbin, dan rasio tekanan kipas merupakan parameter desain yang penting. Selain itu, BPR dikutip untuk instalasi turboprop dan kipas tanpa saluran karena efisiensi pendorongnya yang tinggi memberikan karakteristik efisiensi keseluruhan dari turbofan dengan bypass yang sangat tinggi. Hal ini memungkinkan mereka untuk ditampilkan bersama dengan turbofan pada plot yang menunjukkan tren pengurangan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) dengan peningkatan BPR. BPR juga dikutip untuk instalasi kipas angkat di mana aliran udara kipas jauh dari mesin dan tidak menyentuh inti mesin secara fisik.Animated Engines

Bypass menyediakan konsumsi bahan bakar yang lebih rendah untuk daya dorong yang sama, diukur sebagai konsumsi bahan bakar spesifik daya dorong (gram/detik bahan bakar per unit daya dorong dalam kN menggunakan satuan SI). Konsumsi bahan bakar yang lebih rendah yang disertai dengan rasio bypass yang tinggi berlaku untuk turboprop, menggunakan baling-baling daripada kipas saluran. Desain bypass tinggi adalah jenis yang dominan untuk pesawat penumpang komersial dan transportasi jet sipil dan militer.

Jet bisnis menggunakan mesin BPR sedang.

Pesawat tempur menggunakan mesin dengan rasio bypass rendah untuk berkompromi antara penghematan bahan bakar dan persyaratan pertempuran: rasio daya terhadap berat yang tinggi, kinerja supersonik, dan kemampuan untuk menggunakan afterburner.

 Perbedaan Antara Turbofan Bypass Rendah dan Tinggi 
Turbofan telah menjadi jenis mesin jet yang paling umum digunakan di pesawat terbang. Baik itu jet sipil, komersial, atau militer, mesin ini dapat dilengkapi dengan satu atau lebih turbofan. Dikenal juga sebagai fanjet, turbofan adalah jenis mesin jet bernapas udara yang memanfaatkan pembakaran dan kipas saluran untuk menghasilkan tenaga penggerak. Meskipun semua turbofan menggunakan pembakaran dan kipas saluran untuk menghasilkan tenaga penggerak, turbofan tersedia dalam berbagai jenis. Misalnya, ada turbofan bypass rendah dan bypass tinggi. Untuk pemahaman yang lebih baik tentang turbofan bypass rendah dan bypass tinggi, termasuk perbedaannya. Semua turbofan memiliki rasio bypass. Seperti yang disebutkan sebelumnya, ini adalah rasio jumlah udara yang memasuki ruang bakar relatif terhadap jumlah udara yang berputar di sekitar ruang bakar. Turbofan low-bypass memiliki rasio bypass yang rendah, sedangkan turbofan high-bypass memiliki rasio bypass yang tinggi.

Turbofan low-bypass dan high-bypass dirancang secara berbeda. Untuk memungkinkan lebih banyak udara masuk ke ruang pembakaran, turbofan high-bypass memiliki kipas saluran yang lebih besar. Kipas saluran yang besar akan mengarahkan udara di sekitar inti mesin, sehingga menghasilkan rasio bypass yang tinggi. Sebagai perbandingan, turbofan low-bypass memiliki kipas saluran yang lebih kecil. Perbedaan lain antara turbofan low-bypass dan high-bypass adalah efisiensinya. Turbofan high-bypass biasanya lebih efisien daripada turbofan low-bypass. Turbofan ini mengonsumsi lebih sedikit bahan bakar — dan menghasilkan lebih sedikit emisi — sehingga menjadi pilihan yang populer di kalangan maskapai penerbangan komersial. Sementara sebagian besar jet komersial menggunakan turbofan high-bypass, jet militer sering menggunakan turbofan low-bypass. Ini karena turbofan low-bypass lebih bertenaga. Turbofan low-bypass menghasilkan lebih banyak daya dorong jet daripada turbofan high-bypass.

 Turbofan Bypass Rendah 
Turbofan bypass rendah adalah jenis mesin jet yang menyedot lebih banyak udara ke dalam ruang pembakaran daripada turbofan bypass tinggi. Semua turbofan memiliki rasio bypass. Rasio bypass turbofan menunjukkan jumlah udara yang bergerak di sekitar ruang pembakaran relatif terhadap jumlah udara yang masuk ke ruang pembakaran.

Dengan turbofan, sebagian udara akan melewati ruang bakar. Turbofan bypass rendah sesuai dengan namanya dengan memungkinkan lebih sedikit udara melewati ruang bakar daripada turbofan bypass tinggi.

 Turbofan Bypass Tinggi 
Turbofan bypass tinggi adalah jenis mesin jet yang menyedot lebih sedikit udara ke dalam ruang bakar daripada turbofan bypass rendah. Turbofan ini dicirikan oleh rasio bypass yang tinggi.

Selama penerbangan, sebagian udara akan memasuki ruang bakar turbofan, dan sebagian udara akan berputar atau "melewati" ruang bakar turbofan. Turbofan bypass tinggi memungkinkan lebih sedikit udara memasuki ruang bakar dibandingkan dengan turbofan bypass rendah.

 Prinsip 
Jika semua tenaga gas dari turbin gas diubah menjadi energi kinetik dalam nosel pendorong, pesawat paling cocok untuk kecepatan supersonik tinggi. Jika semuanya ditransfer ke massa udara besar yang terpisah dengan energi kinetik rendah, pesawat paling cocok untuk kecepatan nol (melayang). Untuk kecepatan di antaranya, tenaga gas dibagi antara aliran udara terpisah dan aliran nosel turbin gas itu sendiri dalam proporsi yang memberikan kinerja pesawat yang dibutuhkan. Pesawat jet pertama adalah subsonik dan kesesuaian nosel pendorong yang buruk untuk kecepatan ini karena konsumsi bahan bakar yang tinggi dipahami, dan bypass diusulkan, sejak awal tahun 1936 (Paten Inggris 471.368). Prinsip dasar di balik bypass adalah menukar kecepatan gas buang dengan aliran massa ekstra yang masih memberikan dorongan yang dibutuhkan tetapi menggunakan lebih sedikit bahan bakar. Penemu turbojet Frank Whittle menyebutnya "menurunkan aliran". Tenaga ditransfer dari generator gas ke massa udara ekstra, yaitu jet pendorong berdiameter lebih besar, yang bergerak lebih lambat. Bypass menyebarkan daya mekanik yang tersedia ke lebih banyak udara untuk mengurangi kecepatan jet. Kompromi antara aliran massa dan kecepatan juga terlihat pada baling-baling dan rotor helikopter dengan membandingkan beban cakram dan beban daya. Misalnya, berat helikopter yang sama dapat ditopang oleh mesin berdaya tinggi dan rotor berdiameter kecil atau, dengan bahan bakar lebih sedikit, mesin berdaya lebih rendah dan rotor lebih besar dengan kecepatan lebih rendah melalui rotor.

Bypass biasanya mengacu pada pemindahan daya gas dari turbin gas ke aliran udara bypass untuk mengurangi konsumsi bahan bakar dan kebisingan jet. Atau, mungkin ada persyaratan untuk mesin afterburning di mana satu-satunya persyaratan untuk bypass adalah menyediakan udara pendingin. Ini menetapkan batas bawah untuk BPR dan mesin ini disebut turbojet "bocor" atau continuous bleed (General Electric YJ-101 BPR 0,25) dan turbojet BPR rendah (Pratt & Whitney PW1120). BPR rendah (0,2) juga telah digunakan untuk menyediakan margin lonjakan serta pendinginan afterburner untuk Pratt & Whitney J58.

 Keterangan 
Dalam mesin zero-bypass (turbojet), gas buang bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi dipercepat oleh ekspansi melalui nosel pendorong dan menghasilkan semua daya dorong. Kompresor menyerap semua daya mekanis yang dihasilkan oleh turbin. Dalam desain bypass, turbin tambahan menggerakkan kipas saluran yang mempercepat udara ke belakang dari bagian depan mesin. Dalam desain high-bypass, kipas saluran dan nosel menghasilkan sebagian besar daya dorong. Turbofan terkait erat dengan turboprop pada prinsipnya karena keduanya mentransfer sebagian daya gas turbin gas, menggunakan mesin tambahan, ke aliran bypass yang menyisakan lebih sedikit untuk nosel panas untuk diubah menjadi energi kinetik. Turbofan mewakili tahap peralihan antara turbojet, yang memperoleh semua daya dorongnya dari gas buang, dan turbo-prop yang memperoleh daya dorong minimal dari gas buang (biasanya 10% atau kurang). Mengekstrak daya poros dan mentransfernya ke aliran bypass memperkenalkan kerugian ekstra yang lebih dari dibuat oleh efisiensi propulsi yang ditingkatkan. Turboprop pada kecepatan terbang terbaiknya memberikan penghematan bahan bakar yang signifikan dibandingkan dengan turbojet meskipun turbin tambahan, kotak roda gigi dan baling-baling ditambahkan ke nosel pendorong turbojet dengan kerugian rendah. Turbofan memiliki kerugian tambahan dari turbin tambahan, kipas, saluran pintas dan nosel pendorong tambahan dibandingkan dengan nosel tunggal turbojet."The turbofan engine ", page 7. SRM Institute of Science and Technology, Department of aerospace engineeringPaul Bevilaqua : The shaft driven Lift Fan propulsion system for the Joint Strike Fighter  page 3. Presented May 1, 1997. DTIC.MIL Word document, 5.5 MB. Accessed: 25 February 2012.Bensen, Igor. "How they fly - Bensen explains all " Gyrocopters UK. Accessed: 10 April 2014.Johnson, Wayne. Helicopter theory pp3+32, Courier Dover Publications, 1980. Accessed: 25 February 2012. Wieslaw Zenon Stepniewski, C. N. Keys. Rotary-wing aerodynamics p3, Courier Dover Publications, 1979. Accessed: 25 February 2012. Philip Walsh, Paul Fletcher. "Gas Turbine Performance", page 36. John Wiley & Sons, 15 April 2008. Quote: "It has better fuel consumption than a turbojet or turbofan, due to a high propulsive efficiency.., achieving thrust by a high mass flow of air from the propeller at low jet velocity. Above 0.6 Mach number the turboprop in turn becomes uncompetitive, due mainly to higher weight and frontal area.""Rolls-Royce Aero Engines" Bill Gunston, Patrick Stevens Limited, , p.147Ilan Kroo and Juan Alonso. "Aircraft Design: Synthesis and Analysis, Propulsion Systems: Basic Concepts Archive"  Stanford University School of Engineering, Department of Aeronautics and Astronautics. Quote: "When the bypass ratio is increased to 10-20 for very efficient low speed performance, the weight and wetted area of the fan shroud (inlet) become large, and at some point it makes sense to eliminate it altogether. The fan then becomes a propeller and the engine is called a turboprop. Turboprop engines provide efficient power from low speeds up to as high as M=0.8 with bypass ratios of 50-100."Prof. Z. S. Spakovszky. "11.5 Trends in thermal and propulsive efficiency Archive" MIT turbines, 2002. Thermodynamics and PropulsionNag, P.K. "Basic And Applied Thermodynamics" p550. Published by Tata McGraw-Hill Education. Quote: "If the cowl is removed from the fan the result is a turboprop engine. Turbofan and turboprop engines differ mainly in their bypass ratio 5 or 6 for turbofans and as high as 100 for turboprop.""Propeller thrust " Glenn Research Center (NASA)"Turboprop Engine " Glenn Research Center (NASA)

Untuk melihat pengaruh peningkatan BPR saja pada efisiensi keseluruhan di pesawat, yaitu SFC, generator gas umum harus digunakan, yaitu tidak ada perubahan dalam parameter siklus Brayton atau efisiensi komponen. Bennett  menunjukkan dalam kasus ini peningkatan yang relatif lambat dalam kerugian yang mentransfer daya ke bypass pada saat yang sama dengan penurunan cepat dalam kerugian knalpot dengan peningkatan yang signifikan dalam SFC. Dalam kenyataannya peningkatan BPR dari waktu ke waktu datang bersama dengan peningkatan efisiensi generator gas yang menutupi, sampai batas tertentu, pengaruh BPR.

Hanya keterbatasan berat dan bahan (misalnya, kekuatan dan titik leleh bahan dalam turbin) yang mengurangi efisiensi di mana turbin gas turbofan mengubah energi termal ini menjadi energi mekanis, karena sementara gas buang mungkin masih memiliki energi yang tersedia untuk diekstraksi, setiap stator dan cakram turbin tambahan mengambil lebih sedikit energi mekanis per satuan berat secara progresif, dan meningkatkan rasio kompresi sistem dengan menambahkan tahap kompresor untuk meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan meningkatkan suhu di muka turbin. Namun demikian, mesin bypass tinggi memiliki efisiensi propulsi yang tinggi karena bahkan sedikit meningkatkan kecepatan volume yang sangat besar dan akibatnya massa udara menghasilkan perubahan yang sangat besar dalam momentum dan daya dorong: daya dorong adalah aliran massa mesin (jumlah udara yang mengalir melalui mesin) dikalikan dengan perbedaan antara kecepatan masuk dan keluar dalam—hubungan linier—tetapi energi kinetik dari gas buang adalah aliran massa dikalikan dengan setengah kuadrat dari perbedaan kecepatan. Beban cakram yang rendah (dorongan per luas cakram) meningkatkan efisiensi energi pesawat, dan ini mengurangi penggunaan bahan bakar.

Mesin turbofan Rolls–Royce Conway, yang dikembangkan pada awal tahun 1950-an, merupakan contoh awal mesin bypass. Konfigurasinya mirip dengan turbojet 2-spool tetapi untuk menjadikannya mesin bypass, mesin ini dilengkapi dengan kompresor bertekanan rendah yang sangat besar: aliran melalui bagian dalam bilah kompresor masuk ke inti sementara bagian luar bilah meniupkan udara di sekitar inti untuk menyediakan sisa daya dorong. Rasio bypass untuk Conway bervariasi antara 0,3 dan 0,6 tergantung pada variannya

Pertumbuhan rasio bypass selama tahun 1960-an memberikan efisiensi bahan bakar pada pesawat jet yang dapat bersaing dengan pesawat bertenaga piston. Saat ini (2015), sebagian besar mesin jet memiliki beberapa bypass. Mesin modern pada pesawat yang lebih lambat, seperti pesawat penumpang, memiliki rasio bypass hingga 12:1; pada pesawat berkecepatan tinggi, seperti pesawat tempur, rasio bypass jauh lebih rendah, sekitar 1,5; dan pesawat yang dirancang untuk kecepatan hingga Mach 2 dan sedikit di atasnya memiliki rasio bypass di bawah 0,5.

Turboprop mempunyai rasio bypass sebesar 50-100, meskipun aliran udara propulsi kurang jelas didefinisikan untuk propeller dibandingkan dengan fan dan aliran udara propeller lebih lambat dibandingkan aliran udara dari nozel turbofan.

 Rasio bypass mesin 
+ Mesin turbofan Model Tahun  BPR  Dorongan Aplikasi utama P&W PW1000G 2008	 9.0–12.5	 67–160 kN A320neo, A220, E-Jets E2, Irkut MC-21 R-R Trent 1000 2006	 10.8–11  265.3–360.4 kN B787 CFM LEAP 2013	 9.0–11.0	 100–146 kN  A320neo, B737Max, Comac C919 GE GE90 1992	 8.7–9.9 330–510 kN B777 R-R Trent XWB 2010	 9.6:1  330–430 kN A350XWB GE GEnx 2006   8.0–9.3   - kN  B747-8, B787 EA GP7000 2004	 8.7		 311–363 kN A380 R-R Trent 900 2004	 8.7		 340–357 kN A380 R-R Trent 500 1999	 8.5		 252 kN A340-500/600 GE TF39 1964  8.0   Lockheed C-5 Galaxy CFM56 1974	 5.0–6.6	 97.9-151 kN  A320, A340-200/300, B737, KC-135, DC-8 P&W PW4000 1984	 4.8–6.4	 222–436 kN A300/A310, A330, B747, B767, B777, MD-11 GE CF34 1982	 5.3–6.3	 41–82.3 kN Challenger 600, CRJ, E-jets Silvercrest 2012	 5.9		 50.9 kN Cit. Hemisphere, Falcon 5X R-R Trent 800 1993	 5.7–5.79	 411–425 kN B777 GE Passport 2013	 5.6		 78.9–84.2 kN Global 7000/8000 P&WC PW800 2012	 5.5		 67.4–69.7 kN Gulfstream G500/G600 GE CF6 1971	 4.3–5.3	 222–298 kN  A300/A310, A330, B747, B767, MD-11, DC-10 D-36 1977	 5.6	 63.75 kN  Yak-42, An-72, An-74 R-R AE 3007 1991 	 5.0		 33.7 kN ERJ, Citation X R-R Trent 700 1990	 4.9			 320 kN A330 IAE V2500 1987	 4.4–4.9		 97.9-147 kN  A320, MD-90 P&W PW6000 2000	 4.90		 100.2 kN Airbus A318  R-R BR700 1994	 4.2–4.5		 68.9–102.3 kN B717, Global Express, Gulfstream V P&WC PW300 1988	 3.8–4.5		 23.4–35.6 kN Cit. Sovereign, G200, F. 7X, F. 2000 HW HTF7000 1999	 4.4	 		 28.9 kN Challenger 300, G280, Legacy 500 PS-90 1992	 5.4	  	 157–171 kN Il-76, Il-96, Tu-204 PowerJet SaM146 2008 	 4.4:1 	 71.6–79.2 kN Sukhoi Superjet 100 Williams FJ44 1985	 3.3–4.1	 	 6.7–15.6 kN CitationJet, Cit. M2 P&WC PW500 1993	 3.90	 	 13.3 kN Citation Excel, Phenom 300 HW TFE731 1970	 2.66–3.9	  15.6–22.2 kN Learjet 70/75, G150, Falcon 900 R-R Tay 1984	 3.1–3.2		 61.6–68.5 kN Gulfstream IV, Fokker 70/100 GE-H HF120 2009  2.9  	 7.4 kN HondaJet P&WC PW600 2001	 1.83–2.80	 	 6.0 kN Cit. Mustang, Eclipse 500, Phenom 100 GE F101 1973  2.1   B-1 GE CF700 1964  2.0   Falcon 20, Sabreliner 75A, P&W JT8D-200 1979  1.74   MD-80, 727 Super 27 P&W JT3D 1958  1.42   707-130B, 707-320B, DC-8-50, DC-8-60 P&W JT8D 1960  0.96   DC-9, 727, 737 Original GE F110-100/400 1980-1984  0.87   F-16 (-100), F-14B/D (-400) R-R Turbomeca Adour 1968  0.75-0.80  T-45,  Hawk,  Jaguar  GE F110-129 Mid-1980s  0.76   F-16, F-15EX P&W F100-220 1986  0.71  105.7 kN F-15, F-16 GE F110-132 2003-2005  0.68   F-16 Blk.60 R-R Spey 1964  0.64   Trident, 1-11, Gulfstream II/III, Fokker F28  P&W F135 2006  0.57  191 kN F-35 Saturn AL-31   0.56   Su-27, Su-30, J-10Klimov RD-33 1974  0.49  81.3 kN MiG-29 Honeywell/ITEC F124 1979  0.49   L-159, M-346 Eurojet EJ200 1991  0.40   Typhoon P&W F100-229 1989  0.36  129.7 kN F-16, F-15 GE F404 1978  0.34   F/A-18, T-50, F-117 R-R Conway 1952  0.30   707-420, DC-8-40, VC-10, Victor GE F414 1993  0.25   F/A-18E/F Turbojets  0.0   early jet aircraft, Concorde

 Lihat pula 
 Pesawat jet
 Generator gas 
 Kombustor 
 Kontrol mesin pesawat
 Kompresor (pemampat)
 Desain perhitungan kipas aksial
 Bilah turbin
 Bahan bakar penerbangan
 Bahan bakar jet
 Propelan roket
 Propelan roket cair
 Gaya (fisika) 
 Daya
 Laju
 Tekanan
 Efisiensi energi
 Mesin jet
 Turbojet
 Turbofan
 Propfan
 Turboshaft
 Turboprop
 Turbin gas
 Mesin reaksi
 Baling-baling
 Baling-baling pesawat
 Kinerja mesin jet
 Rasio tekanan mesin (EPR)

 Referensi 

Kategori:Mesin pesawat Turbofan
Kategori:Mesin jet
Kategori:Nisbah dalam keteknikan
Kategori:Kipas ventilasi