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【航空エンジン発達の歴史Ⅱ】GEタービンブレード DC-10~B747~B777(1974~2004)

航空エンジンは常に進化している。第2弾となる今回は、CF6エンジンで有名なGE製ターボファンエンジンのタービンブレードの歴史を、DC-10~B747~B747-400~B777-300ERまで体系的に紹介します。

1974年~2004年までの間、タービンブレードはどのように進化したのか。

飛行機開発の成否を左右するといわれている航空エンジン。そのエンジンの構成部品の中でも、内部コアにあるタービン翼が燃費・性能の決め手だと言われている。

個々のブレード1枚1枚の形状には、その時代の最先端技術・人類の英知が詰まっている。

 

CF6の卓越した基本性能が後のモンスターGE90へと発展。

卓越した性能を持つCF6エンジンの歴史は1970年代までさかのぼる。

当時、1960年代後半はB747が開発される一方、アメリカ空軍による超大型輸送機『C-5 ギャラクシー』の計画が進められていた。

その機体用のTF39エンジンを開発していた会社が、ゼネラル・エレクトリック(GE アビエーション)あのエジソンの会社です。

革新的な性能を持つTF39エンジンは、すぐに民間機へ転換できないかと模索され1971年 CF6の原型となるCF6-6エンジン(DC-10 型機用)が開発された。

その後、1974年にCF6-50シリーズが開発され、エアバス(A300B2)にはCF6-50C、ボーイング(B747型機)にはCF6-50E2が搭載された。

1988年には21世紀でも十分通用する性能を持つCF6-80C2シリーズを開発。B747-400やB767-300といった民間機から、空中給油機・輸送機など多種多様な機体に使用されている。

2004年には、世界最大の双発旅客機 B777-300ER用として、最大推力 52トンを発生するGE90-115Bが誕生。このエンジンは、B747のエンジン2基分の推進力を1基で発生させる凄まじいパワーを持っている。

エンジン型式とタービンブレードの関係

GE製ターボファンエンジン タービンブレードの変革

(画像左から①~④)

エンジン
型式
推力
(トン)
タービン
入口温度
材質結晶構造画像
CF6-50C22.8 t1270℃Rene 80一方向凝固
(DS)
CF6-50E224 t1290℃Rene 80一方向凝固
(DS)
CF6-80C223~28 t1330℃DSR 142一方向凝固
(DS)
GE90-115B52.3 t1600℃N5又はN6単結晶
(SC)

※各種データや材質等は後述する複数の参考資料から調べたもので、数値は平均値にしています。ブレードとエンジン型式は個人的な趣味で調べたものです。複数の資料で確認していますが間違っている場合もあります。

 

・B747開発では先発にあたるP&Wに対して、後発のGE CF6エンジンは、タービンブレードの製造方法も進化しており、金属結晶構造に精密鋳造多結晶(CC)は使わず一方向凝固(DS)~単結晶(SC)と進めている。

またGEの高圧タービンは、TF39の時代から複雑で高度な空冷システムを採用されていることで有名だった。P&Wでのフィルム冷却方式の採用は1976年以降だったが、GEは1970年の時点で既に導入されていたという話もある。

画期的で魅力的な性能を持つ単結晶(SC)のタービン動翼。P&Wエンジンは1982年という早い段階から採用されていたが、GEは1990年以降からの採用となっている。その理由は不明だが、製造コストやメンテナンスコストを考慮したのかもしれない。

GE90エンジンも当然のように単結晶タービン翼となっている。

追記:A330用のCF6-80E1エンジンには、高圧1段目タービンにRene N5材 単結晶ブレードが採用されている。(ジェット&ガスタービンエンジンより

クローズアップで見るタービンブレードの形状

①:CF6-50C のタービンブレード

②:CF6-50E2 のタービンブレード

③:GE CF6-80C2 のタービンブレード

④:GE90-115B のタービンブレード

まとめ:GEnx・GE9Xさらに進化するエンジン。しかし原点はTF39/CF6シリーズ

世界最強・最大推力のGE90-115Bエンジン以降も進化は続いている。

推力は減格されているが、より低燃費・高効率を目指したB787用のGEnxエンジン、B777X用に開発が進められているGE9Xなど。

これらの最新型エンジンはどれもコンピューターによって一瞬で開発されるものではない。

過去数十年の研究と実績に裏付け蓄積された技術と、最新のテクノロジーが融合して現代のエンジンは生み出される。

そこには、TF39/CF6時代の技術も一部には残って継承されている。

 

タービンブレード画像について
紹介しているタービンブレードは全て使用済みスクラップ処理が施されたコレクション品を、エアライン公式ショップ・国内外の航空ジャンク市・海外の航空コレクター専門店から正規に購入したものです。

参考にした資料とサイト

GEエンジンもまた第一弾の『JT9D エンジンの歴史』と同じく1970年代までさかのぼる必要があった。

資料となるスクラップ タービン翼もまた同じく20数年という月日、そしてエアラインの公式ショップがメモリアルオブジェとして販売・運よく購入できたということで体系的にまとめることができました。

あまりに長い期間を要し参考にした資料が膨大だったので、ここでは特に活用した専門書・資料・サイトをまとめています。

サイト

NTRS:NASA Technical Reports Server

公益社団法人 日本ガスタービン学会:学会誌

参考にした専門書

【飛行機の本 #60】ジェット&ガスタービンエンジン その技術と変遷 【おすすめ飛行機の本 #1】ジャンボジェットはどう飛ぶか:佐貫亦男著 【おすすめ飛行機の本 #13】ジェットエンジンの仕組み:吉中 司著 【飛行機の本 #47】The SUPERALLOYS:タービン翼 単結晶ブレードの本

 

※間違いや不備などがありましたら教えてください。随時、内容の修正・追加を行っています。また自慢のコレクションなど画像提供も大歓迎です。

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1 COMMENT

名無し

親父の知り合いのパイロットから20年以上も前に譲り受けたタビーンが家にある。当時、B72の物だといっていたのにこの画像のCF6-50E2と同じじゃねえかチクショウ。でもB4でも十分嬉しいけどな。

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