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【航空エンジンの歴史Ⅲ】超音速旅客機 コンコルド のタービンブレード

コンコルドは、乗客100人を乗せ音速の2倍という速さで飛行した超音速旅客機(2003年退役)。その原動力には客船タイタニック(46,000馬力)の1.6倍の出力を発生させるRR オリンパス593 エンジンが4基搭載されている。

1969年から2003年までの間、ニューヨーク・ロンドン間を約3時間で結んでいた超音速旅客機コンコルド。

ロールスロイス / スネクマ製 オリンパス593 MK610エンジンは、離陸時に75,000馬力(一基)を発生する。その原動力となる心臓部のタービンブレードはどのような形状なのか紹介します。

 

Concorde.planview.arp
Wiki:Arpingstone [Public domain]

ターボファンとターボジェットの違い

・飛行機のジェットエンジンは、大きく分けて4つ(ターボジェット・ターボファン・ターボプロップ・ターボシャフト)ありますが、ここではターボジェットとターボファンについて簡単に紹介します。

ターボファン

・現代の民間機エンジンは、低燃費で騒音が低くかつ効率的に高い推力を発生させることが求められることから、前面に巨大な扇風機のようなファンが取り付けられています。

このファンで、大量の空気を飛行速度より少し速い程度で排気することで高推力・低騒音・低燃費を実現している。

ターボジェット

・1950~1960年代に開発されたジェット機には、単純な構造で軽量なターボジェットエンジンが搭載されていた。排気ガスを高速で噴出し推力を発生させるため、超音速で飛行できる戦闘機なども開発されたが、欠点として燃費が悪く騒音が大きいという問題があった。

Turbojet operation- axial flow.png
By Emoscopes投稿者自身による作品, CC 表示 2.5, Link

オリンパス593エンジン

・コンコルドのエンジン開発で最優先されたのが、安全性は当然として、超音速飛行を達成させるための高い推力と軽量化だった。

超音速で巡航飛行するため排気速度の速いターボジェット方式を採用。そして、離陸と遷音速加速(M1.0~M1.7)の際、一時的に推力を増大させる戦闘機と同様のアフターバーナーが装備された。

他にも、軽量化のため部品点数を減らす必要があることから、タービンは高圧・低圧段とも全て1段で構成されている。

 

RR オリンパス593 Mk610 仕様
最大推力38,050 lb(アフターバーナー使用時)、31,350 lb(未使用時)
サイズ全長:7.11m、直径:1.21m
重量3,175 kg
構成圧縮機:低圧(N1)7段、高圧(N2)7段
タービン:低圧(N1)1段、高圧(N2)1段
総圧縮比15.5:1
推力重量比5.4

高圧・低圧タービンブレードの詳細

高圧タービンブレード(HPT)

低圧タービンブレード(LPT)

・長さ約32cmの大型ブレード1段で低圧側を駆動

・コンベクションクーリング用 8個の冷却孔

・根元の左右に各4つの冷却孔がブレード先端まで貫通している

・一般的に2~3段必要な低圧段を単段で達成するためにブレードは巨大化した。その遠心力に耐えるため取り付け部は8溝のファーツリーになっている。

  • エンジン型式:RR Olympus 593 Mk610
  • 低圧段 最大回転数(N1):6,630 rpm
  • 材質:ニッケル基耐熱超合金 Nimonic 115
  • 結晶構造:一方向性凝固(DS材)
  • 冷却方式:コンベクション
  • サイズ:全長 約32cm 重量 850グラム
  • 備考:低圧タービンに関しては面白いエピソードがある。高圧タービンよりもガス温度が低い低圧段になぜかハイパフォーマンスな合金が使用されている。その理由は、通常2~3段必要な低圧段を単段にしたためブレードのサイズがかなり大きく重くなった。その遠心力に耐えるために必要な性能を得ることができる合金がNimonic115だったといわれている。

 

まとめ:現代のエンジンにも引き継がれるコンコルドの技術

・最新のB787がニューヨーク・ロンドン間を最速 5時間13分で飛行した。しかし、コンコルドはパリ・ニューヨーク間を2時間59分で飛行していた。(Wiki:コンコルド)

コンコルドが巡航飛行するマッハ2という飛行速度は音の2倍、1分間に40kmの距離を移動したという。ライフルの弾より速いとさえいわれていた。

1969年に初飛行し2003年に退役したコンコルドは、生まれる時代を間違えたと一部で囁かれていた。機体だけでなく心臓部である高性能エンジンも、そのコア技術を使えばB777のエンジンと同クラスの推力を達成できるとさえいわれていた。

そのエンジンを開発したのが、ロールスロイスとスネクマというメーカー。RRといえばB787のTrent 1000が有名、スネクマもGEと合弁事業を立ち上げCFMインターナショナル(CFM56)で有名なエンジンを製造している。

これらの最新エンジンにも、一部にコンコルドの技術が活かされているのは間違いないだろう。

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