Turbokipas
Kinerja secara keseluruhan > Diskusi teknis

Dorongan spesifik (dorongan bersih/aliran udara masuk) merupakan parameter penting untuk turbofan dan mesin jet secara umum. Bayangkan sebuah kipas (digerakkan oleh motor listrik berukuran tepat) yang beroperasi di dalam pipa, yang terhubung ke nosel pendorong. Cukup jelas, semakin tinggi rasio tekanan kipas (tekanan pembuangan kipas/tekanan masuk kipas), semakin tinggi kecepatan jet dan dorongan spesifik yang sesuai. Sekarang bayangkan kita mengganti set-up ini dengan turbofan yang setara – aliran udara yang sama dan rasio tekanan kipas yang sama. Jelas, inti turbofan harus menghasilkan daya yang cukup untuk menggerakkan kipas melalui turbin tekanan rendah (LP). Jika kita memilih suhu masuk turbin rendah (HP) untuk generator gas, aliran udara inti harus relatif tinggi untuk mengimbanginya. Oleh karena itu, rasio bypass yang sesuai relatif rendah. Jika kita menaikkan suhu masuk turbin, aliran udara inti bisa lebih kecil, sehingga meningkatkan rasio bypass. Menaikkan suhu masuk turbin cenderung meningkatkan efisiensi termal dan, oleh karena itu, meningkatkan efisiensi bahan bakar.
Secara alami, saat ketinggian meningkat, terjadi penurunan kepadatan udara dan, oleh karena itu, daya dorong bersih mesin. Ada pula efek kecepatan terbang, yang disebut tingkat penurunan daya dorong. Pertimbangkan kembali persamaan perkiraan untuk daya dorong bersih: F_{n}=m\cdot (V_{jfe}-V_{a}). Dengan mesin dengan daya dorong spesifik tinggi (misalnya, pesawat tempur), kecepatan jet relatif tinggi, sehingga secara intuitif orang dapat melihat bahwa peningkatan kecepatan terbang memiliki dampak yang lebih kecil pada daya dorong bersih daripada mesin dengan daya dorong spesifik sedang (misalnya, pesawat latih), yang kecepatan jetnya lebih rendah. Dampak dari laju penurunan daya dorong pada mesin dengan daya dorong spesifik rendah (misalnya, sipil) bahkan lebih parah. Pada kecepatan terbang tinggi, mesin dengan daya dorong spesifik tinggi dapat meningkatkan daya dorong bersih melalui kenaikan ram di intake, tetapi efek ini cenderung berkurang pada kecepatan supersonik karena kehilangan gelombang kejut.
Pertumbuhan daya dorong pada turbofan sipil biasanya diperoleh dengan meningkatkan aliran udara kipas, sehingga mencegah kebisingan jet menjadi terlalu tinggi. Namun, aliran udara kipas yang lebih besar membutuhkan lebih banyak daya dari inti. Hal ini dapat dicapai dengan meningkatkan rasio tekanan keseluruhan (tekanan saluran masuk pembakar/tekanan pengiriman intake) untuk mendorong lebih banyak aliran udara ke inti dan dengan meningkatkan suhu saluran masuk turbin. Bersama-sama, parameter ini cenderung meningkatkan efisiensi termal inti dan meningkatkan efisiensi bahan bakar.
Beberapa turbofan sipil dengan rasio bypass tinggi menggunakan rasio area yang sangat rendah (kurang dari 1,01), nosel konvergen-divergen, pada aliran bypass (atau gas buang campuran), untuk mengendalikan jalur kerja kipas. Nosel bertindak seolah-olah memiliki geometri variabel. Pada kecepatan terbang rendah, nosel tidak tercekik (kurang dari bilangan Mach kesatuan), sehingga gas buang melaju lebih cepat saat mendekati tenggorokan dan kemudian melambat sedikit saat mencapai bagian divergen. Akibatnya, area keluar nosel mengendalikan kecocokan kipas dan, karena lebih besar dari tenggorokan, menarik jalur kerja kipas sedikit menjauh dari lonjakan. Pada kecepatan terbang yang lebih tinggi, kenaikan ram di intake meningkatkan rasio tekanan nosel ke titik di mana tenggorokan menjadi tercekik (M = 1,0). Dalam keadaan ini, area tenggorokan menentukan kecocokan kipas dan, karena lebih kecil dari pintu keluar, mendorong jalur kerja kipas sedikit ke arah lonjakan. Ini bukan masalah, karena margin lonjakan kipas jauh lebih baik pada kecepatan terbang tinggi.
Perilaku turbofan yang tidak sesuai desain diilustrasikan pada peta kompresor dan peta turbin.
Karena turbofan sipil modern beroperasi pada daya dorong spesifik yang rendah, mereka hanya memerlukan satu tahap kipas untuk mengembangkan rasio tekanan kipas yang diperlukan. Rasio tekanan keseluruhan yang diinginkan untuk siklus mesin biasanya dicapai dengan beberapa tahap aksial pada kompresi inti. Rolls-Royce cenderung membagi kompresi inti menjadi dua dengan tekanan menengah (IP) yang mengisi daya kompresor HP, kedua unit digerakkan oleh turbin dengan satu tahap, yang dipasang pada poros terpisah. Akibatnya, kompresor HP hanya perlu mengembangkan rasio tekanan yang sederhana (misalnya, ~4.5:1). Mesin sipil AS menggunakan rasio tekanan kompresor HP yang jauh lebih tinggi (misalnya, ~23:1 pada General Electric GE90) dan cenderung digerakkan oleh turbin HP dua tahap. Meskipun demikian, biasanya ada beberapa tahap aksial IP yang dipasang pada poros LP, di belakang kipas, untuk lebih jauh mengisi daya sistem kompresi inti. Mesin sipil memiliki turbin LP multi-tahap, jumlah tahap ditentukan oleh rasio bypass, jumlah kompresi IP pada poros LP dan kecepatan bilah turbin LP.
Karena mesin militer biasanya harus mampu terbang sangat cepat di permukaan laut, batas suhu pengiriman kompresor HP tercapai pada rasio tekanan keseluruhan desain yang cukup sederhana, dibandingkan dengan mesin sipil. Rasio tekanan kipas juga relatif tinggi, untuk mencapai daya dorong spesifik sedang hingga tinggi. Akibatnya, turbofan militer modern biasanya hanya memiliki 5 atau 6 tahap kompresor HP dan hanya memerlukan turbin HP tahap tunggal. Turbofan militer dengan rasio bypass rendah biasanya memiliki satu tahap turbin LP, tetapi mesin dengan rasio bypass yang lebih tinggi memerlukan dua tahap. Secara teori, dengan menambahkan tahap kompresor IP, kompresor HP turbofan militer modern dapat digunakan dalam turunan turbofan sipil, tetapi intinya cenderung terlalu kecil untuk aplikasi daya dorong tinggi.