じくりゅうしき圧縮あっしゅく

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じくりゅうしき圧縮あっしゅくのアニメーション。静止せいししている部分ぶぶんしずかつばさ

じくりゅうしき圧縮あっしゅく(じくりゅうしきあっしゅくき、英語えいご: Axial compressor)とは、流体りゅうたい機械きかいである圧縮あっしゅく一種いっしゅで、ターボ圧縮あっしゅく分類ぶんるいされる。回転かいてんつばさ前後ぜんごしょうじる圧力あつりょく利用りようし、気体きたい連続れんぞくてき圧縮あっしゅくする装置そうちじくりゅうコンプレッサ)ともばれる。

特徴とくちょう[編集へんしゅう]

どう目的もくてき遠心えんしんしき圧縮あっしゅくくらべ、小径しょうけいわりおおきな流量りゅうりょうあつかえ、こう圧縮あっしゅくりつかつこう効率こうりつ期待きたいできるが、構造こうぞう複雑ふくざつともなって部品ぶひん点数てんすう増大ぞうだいし、必然ひつぜんてき高価こうかになる。航空こうくうようガスタービン(ジェットエンジン)のほかに、高速こうそくせん発電はつでんひとしガスタービンエンジンはじめ、気流きりゅう分離ぶんり装置そうち集塵機しゅうじんき真空しんくうポンプ風洞ふうどう、プロパン(天然てんねんガス)酸化さんかだつ水素すいそ装置そうち、パイプラインあつおく装置そうちとう産業さんぎょう用途ようとにも多用たようされている。

構造こうぞう[編集へんしゅう]

じゅう円筒えんとう外側そとがわ(ケーシング)が静止せいし内側うちがわじく)が回転かいてんする。ケーシングのうちしゅうと、じくからふくらんだ円盤えんばんじょう部分ぶぶん(ディスク)の外周がいしゅうには、じく方向ほうこうたがちがいにつばされつまれる(参照さんしょう)。ディスクにまれて回転かいてんするがわつばさいちまいいちまいどうつばさ(ローターブレード rotor blade)、ケーシングにまれてうごかないほうしずかつばさ(ステーターベーン stator vane)とぶ。またつばされつ1れつないしすべてをまとめて、それぞれローター、ステーターともぶこともある。

圧縮あっしゅく形式けいしきによって、最初さいしょれつがローターであるものとステーターであるものとが存在そんざいする。たとえば、初期しょきのジェットエンジンは最初さいしょれつがステーターであったが、現代げんだいのターボファンエンジンは(通常つうじょう圧縮あっしゅくとは区別くべつされるものの)ローターであるファンが最前さいぜんめんかれている。

どうつばさしずつばさの1れつずつを、まとめてだん(ステージ)とぶ。圧縮あっしゅく流入りゅうにゅうした気体きたいは、かくだん通過つうかするにしたが断熱だんねつ圧縮あっしゅくされていく。ながれはローターで若干じゃっかん偏向へんこう旋回せんかいするが、ステーターはこれを整流せいりゅうするはたらきもになう。ひとつのだんられる圧縮あっしゅく遠心えんしんしき圧縮あっしゅくくらべるとちいさく、現実げんじつ圧縮あっしゅく複数ふくすうだんつらねて構成こうせいされる。じくりゅうしき圧縮あっしゅく直後ちょくご遠心えんしんしき圧縮あっしゅくわせた形式けいしき存在そんざいする。圧縮あっしゅく形式けいしき段数だんすうわせて、「じくりゅう6だん」であるとか「じくりゅう3だん遠心えんしん1だん」などと表記ひょうきされることがある。

ジェットエンジンのどうつばさねつ膨張ぼうちょう考慮こうりょし、ある程度ていど機械きかいてきあそびを許容きょようするほぞみのようなかたで、いちまいずつディスクにけられていることがおおいが、設計せっけいほう進歩しんぽでディスクと一体いったい成型せいけいされたブリスク (blisk, blade + disk) という形式けいしきのものも存在そんざいする。せいつばさはケーシングに固定こていされていることもあるが、ながれにたいするむかかくをある程度ていど調節ちょうせつできるような可変かへんしずつばさシステム (VSV, variable stator vane) をそなえたものもある。

材料ざいりょうとしては、たい熱性ねっせい耐久たいきゅうせい軽量けいりょう同時どうじもとめられるジェットエンジンの場合ばあい、ブレードにはチタニウム合金ごうきんステンレスこうなどが、ディスクにはチタニウム合金ごうきんなどが、じくにはこう張力ちょうりょくこうなどがもちいられる。装置そうち破壊はかいつながりかねないつばさフラッターねつ振動しんどう排気はいき脈動みゃくどう)をけ、出力しゅつりょく安定あんていさせるため、かくつばさ通常つうじょう装置そうち全体ぜんたい特定とくてい周波数しゅうはすう共鳴きょうめいしないように、固有こゆう共振きょうしん周波数しゅうはすう選別せんべつ忌避きひすべき帯域たいいきないぐんとして公倍数こうばいすうたないよう設計せっけいされわされる。

じくりゅうしきターボジェットエンジンの開発かいはつ[編集へんしゅう]

じくりゅうしきターボジェットエンジンの構造こうぞう

初期しょきじくりゅうしき圧縮あっしゅくてい効率こうりつで、1920年代ねんだい前半ぜんはんまで通説つうせつはターボジェットエンジンへの適用てきよう懐疑かいぎてきだったが、1926ねんえい空軍くうぐんしょう技官ぎかんアラン・アーノルド・グリフィス英語えいごばん従来じゅうらい使つかわれていた平板へいばん羽子板はごいたじょうつばさではながれが剥離はくりし、失速しっそくしてしまっていることをあきらかにし、航空機こうくうき同様どうようつばさがたもちいたじくりゅうしきターボジェットエンジン理論りろん構築こうちくした。

だい世界せかい大戦たいせん勃発ぼっぱつともない、航空機こうくうき格段かくだん高速こうそくするターボジェットエンジンの開発かいはつ各国かっこく焦眉しょうびきゅうになった。基礎きそ研究けんきゅうすすんでいたえいでは、1937ねんごろから蒸気じょうきタービン経験けいけんメトロポリタン・ヴィッカース積極せっきょくてきんだが難航なんこうし、グリフィスの部下ぶかフランク・ホイットルだいみち前面ぜんめん投影とうえい面積めんせきひろく、こう出力しゅつりょくともな重量じゅうりょう肥大ひだいする構造こうぞうてき弱点じゃくてん承知しょうちうえで、簡素かんそ遠心えんしんしきターボジェットエンジン早期そうき戦力せんりょくてきすると主張しゅちょうし、理想りそう主義しゅぎかかげる上官じょうかんのグリフィスとするど対立たいりつしてたもとかった。

ホイットルのチームは公言こうげんどお遠心えんしんしきターボジェットエンジンをいちはや実用じつようするが、どくではどう時期じきハンス・フォン・オハイン並行へいこうして開発かいはつ手掛てがけていたのみならず、さら複雑ふくざつじくりゅうしきターボジェットの将来しょうらいせい確信かくしんいていたドイツ航空こうくうしょう技官ぎかんヘルムート・シェルプ英語えいごばんらの後押あとおしで BMWユンカース困難こんなん技術ぎじゅつてき課題かだいいどんだ結果けっか後退こうたいつばさ革命かくめいてきなジェット戦闘せんとう Me 262 ひとし世界せかい先駆さきがけて実戦じっせん投入とうにゅうした。圧倒的あっとうてきゆうそくの Me 262 は連合れんごうこくがわ多大ただい脅威きょういあたえたが劣勢れっせい挽回ばんかいするにはいたらず、降伏ごうぶくともどく技術ぎじゅつしゃペーパークリップ作戦さくせんひとしによってべいソが自国じこく招聘しょうへいし、青天井あおてんじょう予算よさんんで研究けんきゅう開発かいはつ続行ぞっこうさせた。

東西とうざい冷戦れいせん軍用ぐんようジェット機じぇっとき開発かいはつ競争きょうそう激化げきかさせたが、1940年代ねんだいまつになると遠心えんしんしきターボジェットエンジンは上記じょうき機械きかいてき限界げんかい顕在けんざいして性能せいのう向上こうじょう余地よちくなり、1950年代ねんだい初頭しょとう以降いこう大半たいはんじくりゅうしきターボジェットエンジンでめられるようになった。遠心えんしん圧縮あっしゅくしきじくりゅう圧縮あっしゅくしきくらべ、小型こがたてきしており、運転うんてん領域りょういきひろいため、マイクロガスタービンホンダジェットこうあつ圧縮あっしゅく採用さいようされたり、ヘリコプターようターボシャフトエンジンには、遠心えんしんしきじくりゅうしき+遠心えんしんしき圧縮あっしゅくもちいられている。

ジェットエンジンようじくりゅうしき圧縮あっしゅく特徴とくちょう[編集へんしゅう]

ロールス・ロイス オリンパス BOl.1の低圧ていあつ

航空機こうくうきようジェットエンジンは、高温こうおんかつこう大気たいきあつ流速りゅうそくゼロの条件下じょうけんか始動しどうし、低温ていおんてい大気たいきあつこう流速りゅうそく高空こうくうまで、様々さまざま高度こうど速度そくど適応てきおうすることもとめられる。このためたん燃料ねんりょう流量りゅうりょう増減ぞうげんするだけでなく、空気くうき取入とりい排出はいしゅつ面積めんせき可変かへんにしたり、途中とちゅうだんから圧縮あっしゅく空気くうき一部いちぶ抽気(ブリード)したり、可変かへんせいつばさ調整ちょうせいするなどして、サージングばれる失速しっそく現象げんしょうコンプレッサ・ストール)をけつつ、燃焼ねんしょうをコントロールしてねつ効率こうりつ向上こうじょうをはかる。

こう出力しゅつりょくためには圧縮あっしゅくこう回転かいてんさせるのが早道はやみちだが、全体ぜんたいおなおおきな回転かいてんすううごかすと、回転かいてん半径はんけいつばさはば)のおおきな初段しょだん付近ふきんのローターにおいて、つばさはしたい速度そくど音速おんそくちかづくことによる効率こうりつ低下ていかをもたらすなどの悪影響あくえいきょうしょうじる。ぎゃくに、回転かいてんすうちいさいと後段こうだんにおいて十分じゅうぶん圧縮あっしゅくられないといった問題もんだいがある。

初期しょきのジェットエンジンは圧縮あっしゅくタービン単一たんいつじくでつないだだけの1じく (single spool) しきであったが、GE J79最後さいごに、低圧ていあつ高圧こうあつがそれぞれ別々べつべつ回転かいてんする2じく (twin spool) しき主流しゅりゅうになった(低圧ていあつようじくこうあつようじく内部ないぶとおされる)。ここから、低圧ていあつ巨大きょだいして噴流ふんりゅうおおくを大気たいきちゅう放出ほうしゅつするターボファンエンジンへと発展はってんして、航空機こうくうき燃費ねんぴ騒音そうおん格段かくだん改善かいぜんされた。

さらロールス・ロイスRB211で3じく (triple spool) しき実用じつよう成功せいこうし、可変かへんせいつばさ撤廃てっぱいしている。よりいちそう性能せいのう向上こうじょう意図いとして、ひとつのじく回転かいてん方向ほうこうじくぎゃくきにしたものも存在そんざいする(GEnx, トレント 900, 1000)。