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【静翼】B747-100B タービン・ノズルガイドベーン(NGV)|JT9D-7Aエンジン

高圧タービン・ノズルガイドベーン(静翼)は、エンジンの燃費や推力・タービン効率を大きく左右する重要部品の一つとされている。

燃焼室から出てきた高温高圧の燃焼ガスを、最初に受ける高圧1段目NGVは、タービン動翼が効率的に作動するよう燃焼ガスの流れ方向と流速を変える航空機エンジン部品。

今回は、B747-100Bに搭載されていたJT9D-7Aの高圧1段目 NGV(四世代目)について紹介します。

 

JT9D-7A 高圧タービンノズル 1段目

BOEING 747-100B

Pratt & Whitney JT9D-7A

High Pressure Turbine Vane Stg1

  • エンジン型式:P&W JT9D-7A
  • 開発年:1971年
  • 材質:コバルト基耐熱超合金 MAR-M509
  • 結晶構造:精密鋳造
  • 冷却方式:コンベクション+インピンジメント+フィルム
  • 長さ: mm
  • 重さ: g
  • 搭載機種:ボーイング B747-100B
  • 備考:離陸出力時、約1,300~1,400℃に達する高温高圧の燃焼ガスを最初に受ける高圧1段目ベーンは、燃焼ガスの流れをタービン動翼が適切に作動する流入角と速度に変換する重要な部品。最大出力時の燃焼ガス温度は、材料の融点を超えるほどになることから様々な空冷が利用されている。そのため、一般的な機械部品では見慣れない形状となっている。

ノズル ガイド ベーン(第四世代)

・JT9Dの高圧1段目NGVは、JT9D-3/3Aから-7/-7Aに至るまでに4回の大きな改良(一世代~四世代)が行われた。

通称:第一世代/二世代と呼ばれるNGVは、初期の-3/-3Aエンジンに適用されたもので、材質にはコバルト基耐熱合金”WI-52”が使用されていた。しかし、使用時間は1,000時間(状況によっては500時間)で破損。

数年後の1971年、-7シリーズの登場に合わせ第三世代と呼ばれる大幅に改良された高圧1段目NGVが使用された。

まず、材質を ”MAR-M509” (コバルト基耐熱合金)に変更。一世代/二世代にはなかった翼前縁のフィルム冷却の追加など改良が加えられた結果、その耐久性は大幅に改善され最大5,000時間程度の使用が可能となった。

損傷原因が主に前縁部熱損だったことから、燃焼ガスが前縁フィルム冷却孔(シャワーヘッド)からノズル内に逆流していることが疑われた。

その対応策として、NGV内部に前縁スプレッダーを設け燃焼ガスの逆流を防ぐ処置がとられた。また、翼面のフィルム冷却強化やプラットフォームの損傷や変形を防ぐフィルム冷却孔が追加された。

この改良型NGVは第四世代と呼ばれ、使用時間は10,000時間まで延長された。

 

 

 

・高温・高圧の燃焼ガスが通過した様子が翼表面の焼け具合から観察できる。

回転せずに固定されているタービンベーン(静翼)は、タービン動翼のような遠心力が作用しないため、中空構造(内部冷却)にしやすい厚翼を採用したり、耐熱性や熱衝撃・高温腐食に強い材料や形状となっている。

JT9D-3/-3A登場からわずか数年、1974年にはこの第4世代が登場。ほぼ完成形に近い4世代目NGVは、幾らかの改良は加えられているが、2000年以降もこの形状が使用されている。

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