Bypass

Kijk naar een vroeg straalverkeersvliegtuig — een 707 met zijn slanke sigarenmotoren — en dan naar een modern toestel, waarvan de motoren bijna komisch dik ogen. Die verdikking is de belangrijkste verandering die de straalmotor sinds zijn uitvinding heeft doorgemaakt, en les 1 gaf je de reden al: rustig veel lucht versnellen wint het van heftig weinig lucht wegslingeren. De dikke motor is die zin, in metaal gegoten.

De fan en de twee rivieren

A turbofan zet een enorme fan met eigen mantel neer — zelf een wiel vol vleugelvormige schoepen, aangedreven door extra turbinetrappen — vóór de kernmotor die je in vijf lessen hebt opgebouwd. De lucht die de fan bereikt, splitst in twee rivieren. De kernstroom volgt het vertrouwde recept: compressor, vuur, turbine, straalpijp. De omloopstroom — in een moderne lijnvliegtuigmotor 10–12 keer zoveel lucht — wordt gewoon naar achteren geduwd door de fan, krijgt een bescheiden maar efficiënte zet, en ziet nooit vuur. De omloopverhouding geeft die verdeling een getal: omlooplucht ten opzichte van kernlucht. Snelle militaire straaljagers zitten op 0,3–1; de eerste turbofans uit de jaren 60 op zo'n 1–2; een moderne GE9X of Trent haalt 10+. In de motoren van vandaag levert de fan zo'n 80% van de stuwkracht — is het draaiend houden van de fan de belangrijkste taak van de kern geworden.

Wat die verdikking oplevert

Eerst de efficiëntie: dezelfde totale impuls meegeven met een tragere, zwaardere luchtstroom verspilt veel minder energie als hete, snelle uitlaatlucht, en de omloopstroom — opgeteld bij de drukverhoudingen uit de compressorles — is de reden dat het brandstofverbruik per stoel sinds de jaren 60 ongeveer is gehalveerd. Dan de stilte, en om dezelfde natuurkundige reden: straalmotorlawaai schaalt genadeloos mee met de uitlaatsnelheid (ruwweg tot de achtste macht), dus door de uitlaat trager te maken werd het gegil van de vroege straalmotoren het gesuis van vandaag — de omloopstroom wikkelt het gegil van de kern letterlijk in een dekbed van tragere lucht. De chevron-zigzags aan de achterrand van moderne motorgondels maken het karwei af, door de schuifspanning tussen de twee rivieren glad te strijken.

Waarom stoppen bij 12?

Als dikker beter is, waarom dan niet meteen een omloopverhouding van 50? Omdat de mantel terugslaat: een grotere fan vraagt een grotere, zwaardere motorgondel, en de extra luchtweerstand en het extra gewicht vreten uiteindelijk de winst weer op; de fantips flirten dan met het oude supersone probleem van de propeller, en een grote, trage fan wil een tragere as dan zijn turbine (vandaar geared turbofans, die nog een stap kopen). Trek die logica door tot het uiterste — haal de mantel helemaal weg — en je hebt de propeller opnieuw uitgevonden, precies wat de turboprop is voor tragere vliegtuigen, en daar pakt de laatste les van deze cursus de stamboom weer op.