Hasta donde yo sé, los motores de derivación alta tienen una eficiencia de combustible mucho mayor que los motores de derivación baja y, como resultado, aumenta el impulso específico efectivo del motor. Lo que estoy tratando de averiguar, y lo que no pregunta ninguna pregunta previa que haya encontrado, es ¿dónde está la compensación?
No hay almuerzo gratis, y no parece posible un aumento de impulso específico masivo para nada. ¿A qué estás renunciando con los motores de derivación alta?
El bypass reduce la velocidad de escape del motor. Lo que mejora la eficiencia, pero limita la velocidad de vuelo.
En los jets (tanto turborreactores como turboventiladores) la velocidad de escape no crece con la velocidad de entrada. Eso significa que con el aumento de la velocidad de vuelo, el delta-V disminuye, lo que aumenta la eficiencia de propulsión, pero el motor obviamente no puede producir ningún empuje cuando el delta-V llega a cero, por lo que esto establece un límite absoluto en la velocidad a la que puede volar el avión.
Debido a que la eficiencia es mejor cerca de la velocidad máxima, un bypass más alto es mejor para volar más lento (los aviones vuelan de M0.8 a M0.85), mientras que volar más rápido requiere un bypass más bajo (los cazas tienden a tener solo 0.5:1 a 1:1).
La otra cosa es que el núcleo debe poder producir la energía para impulsar el ventilador. Entonces, la relación de derivación aumenta a medida que los diseñadores aprenden a construir turbinas y compresores más fuertes y eficientes que permiten una relación de compresión más alta.
Además de la buena respuesta dada por @JanHudec, puedo agregar algunas cosas. Para tener el mismo empuje con un bypass alto, el motor debe tener un diámetro mayor, lo que tiene muchas desventajas. Esto tiende hacia más peso, aspas de ventilador más largas, más fuerzas giroscópicas, etc. A menudo puede conducir a un tren de aterrizaje más largo, excepto en el 737, donde en cambio se aplanó la parte inferior de la góndola. El arrastre de salida del motor en una derivación alta también tendería a ser mayor.
En un motor turborreactor convencional, todo el aire utilizado para producir empuje al acelerarlo fluye a través del núcleo del motor, donde se encuentran las cámaras de combustión. Todo ese aire se comprime y se dispara a través de todo el motor a alta velocidad, pero solo una pequeña parte participa en el proceso de combustión. Alta velocidad significa muchas pérdidas por fricción.
El aire de derivación (que ha sido acelerado solo por el ventilador de la primera etapa ) no fluye a través del núcleo (de alta velocidad) y, por lo tanto, disipa menos energía en forma de fricción, como señaló Jan Hudec. Aquí hay una manera de pensar en esto en términos más simples:
Imagine un motor O-200 de 100 caballos de fuerza como el que se usa en un Cessna 150. Su salida impulsa una hélice, a través de la cual se acelera un flujo de masa significativo de aire al atravesar el disco de la hélice, generando empuje. La potencia utilizada para impulsar este "ventilador" es suministrada por un flujo de masa de aire relativamente pequeño a través del motor que es aspirado a través del sistema de inducción, mezclado con combustible, comprimido, encendido, expandido y agotado. Las pérdidas por bombeo asociadas con este flujo másico son pequeñas en relación con el empuje desarrollado por el ventilador, un arreglo muy eficiente.
¡Entonces puede pensar en un motor de pistón que impulsa una hélice como un motor de relación de derivación ultra-ultra-ultra-alta!
El Ambientalista