Warum ist das Bypass-Verhältnis eines Turboprops höher als bei einem Turbofan?

Das Bypass-Verhältnis ist das Verhältnis des Gesamtstroms zum Kernstrom (der schließlich durch die Brennkammer fließt). Der Gesamtfluss ist entweder der Fluss, der vom Einlass erfasst wird oder durch die Propellerscheibe fließt. Auch für Kolbenflugzeuge lässt sich ein Bypass-Verhältnis definieren, wenn man die Luft, die durch die Zylinder strömt, als Kernströmung interpretiert.

Ein Turbofan verwendet im Wesentlichen einen ummantelten Propeller mit hoher Festigkeit (oder Aktivitätsverhältnis), der dazu beiträgt, die Strömung so weit wie möglich zu beschleunigen. Es muss den größtmöglichen Schub aus dem begrenzten Luftvolumen erzeugen, das durch den Einlass der Ummantelung eingefangen wird. Die Begrenzung wird benötigt, um die Spitzengeschwindigkeit des Lüfters und die Gesamtgröße und den Luftwiderstand der Ummantelung zu begrenzen.

Propeller dagegen beschleunigen eine größere Strömung weniger stark und müssen dafür weniger Propellerscheibe bedecken. Um den Schub konstant zu halten, muss ein größerer Massenstrom an der Beschleunigung beteiligt werden.

_{Auftragung des schubspezifischen Treibstoffverbrauchs in lb Treibstoff pro lb Schub pro Stunde verschiedener Triebwerke über dem Logarithmus ihres Nebenstromverhältnisses ( Bildquelle ).}

Ein Vergleich ist nur sinnvoll, wenn wir die gleiche Kernkomponente betrachten: Wenn sich ein Turbofan und ein Turboprop die gleichen Hochdruckkomponenten teilen. Ein Beispiel wäre der Rolls-Royce/Allison 2100 und der Rolls-Royce/Allison 3007 . Wikipedia gibt den Massenstrom der 3007 mit 109 - 127 kg/s an, gibt aber keine Auskunft über die 2100. Anhand der maximalen Fluggeschwindigkeit der Alenia C-27J von 167 m/s und ihres Propellerdurchmessers von 4,15 m finden wir heraus eine Untergrenze für den Massenstrom durch einen seiner Propeller, wenn wir die heroische Annahme machen, dass die maximale Geschwindigkeit in 25000 ft (7620 m) erreicht wird, wo die Luftdichte 0,55 kg/m³ beträgt.

Der Massenstrom durch den Propeller eines 2100 beträgt mindestens 1242,4 kg / s oder etwa das Zehnfache des Massenstroms des 3007. Der Massenstrom durch den Kern ist derselbe, da beide Motoren denselben heißen Abschnitt teilen. Der statische Schub des 2100 ist höher als der des 3007, fällt jedoch mit der Geschwindigkeit schneller ab, sodass der 3007 bei hoher Geschwindigkeit mehr Schub erzeugt.

Es gibt eine Einschränkung beim Entwerfen eines Lüfters, die Geschwindigkeit an der Spitze, um Schallbedingungen nicht zu erreichen. Im Wesentlichen bedeutet das, dass im Grunde Drehzahl mal Durchmesser der Klinge ist. Also ... bei gleichen Bedingungen ist der Faktor der Drehzahl und des Durchmessers der Klinge eine Konstruktionsbedingung.

Das ergibt 2 verschiedene Designlösungen:

• Wir entwerfen einen Ventilator, den wir direkt mit der Turbine verbinden. Also höhere Drehzahl des Lüfters aber kleinerer Lamellendurchmesser.
• Wir installieren ein Untersetzungsgetriebe, damit wir die Drehzahl des Lüfters reduzieren und den Durchmesser vergrößern können.

Es ist eine Vereinfachung, aber im Wesentlichen heißt das erste Turbofan und das zweite Turboprop.

Konstruktionsbedingt hat der Turboprop einen größeren Durchmesser und damit ein höheres Bypass-Verhältnis, trägt aber ein schweres Untersetzungsgetriebe. Also... wir haben einen Tradeof.

Aus diesem Grund bevorzugen einige Flugzeuge mit niedrigem Unterschalldruck Turboprop im Vergleich zu Turbojet.