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軸 じく 流 りゅう 式 しき 圧縮 あっしゅく 機 き のアニメーション。静止 せいし している部分 ぶぶん は静 しずか 翼 つばさ
軸 じく 流 りゅう 式 しき 圧縮 あっしゅく 機 き (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 機 き の一種 いっしゅ で、ターボ圧縮 あっしゅく 機 き に分類 ぶんるい される。回転 かいてん 翼 つばさ の前後 ぜんご に生 しょう じる圧力 あつりょく 差 さ を利用 りよう し、気体 きたい を連続 れんぞく 的 てき に圧縮 あっしゅく する装置 そうち 。軸 じく 流 りゅう コンプレッサ (ー )とも呼 よ ばれる。
同 どう 目的 もくてき の遠心 えんしん 式 しき 圧縮 あっしゅく 機 き に比 くら べ、小径 しょうけい の割 わり に大 おお きな流量 りゅうりょう を扱 あつか え、高 こう 圧縮 あっしゅく 率 りつ かつ高 こう 効率 こうりつ が期待 きたい できるが、構造 こうぞう の複雑 ふくざつ 化 か に伴 ともな って部品 ぶひん 点数 てんすう が増大 ぞうだい し、必然 ひつぜん 的 てき に高価 こうか になる。航空 こうくう 用 よう ガスタービン(ジェットエンジン )の他 ほか に、高速 こうそく 船 せん や発電 はつでん 機 き 等 ひとし のガスタービンエンジン を始 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 脱 だつ 水素 すいそ 装置 そうち 、パイプライン圧 あつ 送 おく 装置 そうち 等 とう の産業 さんぎょう 用途 ようと にも多用 たよう されている。
二 に 重 じゅう 円筒 えんとう の外側 そとがわ (ケーシング)が静止 せいし 、内側 うちがわ (軸 じく )が回転 かいてん する。ケーシングの内 うち 周 しゅう と、軸 じく から膨 ふく らんだ円盤 えんばん 状 じょう の部分 ぶぶん (ディスク)の外周 がいしゅう には、軸 じく 方向 ほうこう に互 たが い違 ちが いに翼 つばさ 列 れつ が埋 う め込 こ まれる(図 ず 参照 さんしょう )。ディスクに埋 う め込 こ まれて回転 かいてん する側 がわ の翼 つばさ の一 いち 枚 まい 一 いち 枚 まい を動 どう 翼 つばさ (ローターブレード rotor blade)、ケーシングに埋 う め込 こ まれて動 うご かない方 ほう を静 しずか 翼 つばさ (ステーターベーン stator vane)と呼 よ ぶ。また翼 つばさ 列 れつ 1列 れつ ないし全 すべ てをまとめて、それぞれローター、ステーターとも呼 よ ぶこともある。
圧縮 あっしゅく 機 き の形式 けいしき によって、最初 さいしょ の列 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 の列 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 機 き 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 面 めん に置 お かれている。
動 どう 翼 つばさ と静 しず 翼 つばさ の1列 れつ ずつを、まとめて段 だん (ステージ)と呼 よ ぶ。圧縮 あっしゅく 機 き に流入 りゅうにゅう した気体 きたい は、各 かく 段 だん を通過 つうか するに従 したが い断熱 だんねつ 圧縮 あっしゅく されていく。流 なが れはローターで若干 じゃっかん 偏向 へんこう し旋回 せんかい するが、ステーターはこれを整流 せいりゅう する働 はたら きも担 にな う。ひとつの段 だん で得 え られる圧縮 あっしゅく 比 ひ は遠心 えんしん 式 しき 圧縮 あっしゅく 機 き に比 くら べると小 ちい さく、現実 げんじつ の圧縮 あっしゅく 機 き は複数 ふくすう の段 だん を連 つら ねて構成 こうせい される。軸 じく 流 りゅう 式 しき 圧縮 あっしゅく 機 き の直後 ちょくご に遠心 えんしん 式 しき 圧縮 あっしゅく 機 き を組 く み合 あ わせた形式 けいしき も存在 そんざい する。圧縮 あっしゅく 機 き は形式 けいしき と段数 だんすう を組 く み合 あ わせて、「軸 じく 流 りゅう 6段 だん 」であるとか「軸 じく 流 りゅう 3段 だん ・遠心 えんしん 1段 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動 どう 翼 つばさ は熱 ねつ 膨張 ぼうちょう を考慮 こうりょ し、ある程度 ていど の機械 きかい 的 てき な遊 あそ びを許容 きょよう するほぞ 組 く みのような填 は め込 こ み方 かた で、一 いち 枚 まい ずつディスクに取 と り付 つ けられていることが多 おお いが、設計 せっけい 法 ほう の進歩 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。静 せい 翼 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、流 なが れに対 たい する迎 むか え角 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 静 しず 翼 つばさ システム (VSV, variable stator vane) を備 そな えたものもある。
材料 ざいりょう としては、耐 たい 熱性 ねっせい ・耐久 たいきゅう 性 せい と軽量 けいりょう 化 か を同時 どうじ に求 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 やステンレス鋼 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、軸 じく には高 こう 張力 ちょうりょく 鋼 こう などが用 もち いられる。装置 そうち の破壊 はかい に繋 つな がりかねない翼 つばさ のフラッター や熱 ねつ 振動 しんどう (排気 はいき 脈動 みゃくどう )を避 さ け、出力 しゅつりょく を安定 あんてい させるため、各 かく 翼 つばさ は通常 つうじょう 装置 そうち 全体 ぜんたい が特定 とくてい の周波数 しゅうはすう で共鳴 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 を選別 せんべつ し忌避 きひ すべき帯域 たいいき 内 ない に群 ぐん として公倍数 こうばいすう を持 も たないよう設計 せっけい され組 く み合 あ わされる。
軸 じく 流 りゅう 式 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 ]
軸 じく 流 りゅう 式 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 の軸 じく 流 りゅう 式 しき 圧縮 あっしゅく 機 き は低 てい 効率 こうりつ で、1920年代 ねんだい 前半 ぜんはん 迄 まで の通説 つうせつ はターボジェットエンジンへの適用 てきよう に懐疑 かいぎ 的 てき だったが、1926年 ねん に英 えい 空軍 くうぐん 省 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 版 ばん ) が従来 じゅうらい 使 つか われていた平板 へいばん な羽子板 はごいた 状 じょう の翼 つばさ では流 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明 あき らかにし、航空機 こうくうき 同様 どうよう の翼 つばさ 型 がた を用 もち いた軸 じく 流 りゅう 式 しき ターボジェットエンジン理論 りろん を構築 こうちく した。
第 だい 二 に 次 じ 世界 せかい 大戦 たいせん 勃発 ぼっぱつ に伴 ともな い、航空機 こうくうき を格段 かくだん に高速 こうそく 化 か するターボジェットエンジンの開発 かいはつ は各国 かっこく で焦眉 しょうび の急 きゅう になった。基礎 きそ 研究 けんきゅう が進 すす んでいた英 えい では、1937年 ねん 頃 ごろ から蒸気 じょうき タービン に経験 けいけん を持 も つメトロポリタン・ヴィッカース が積極 せっきょく 的 てき に取 と り組 く 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 は大 だい 径 みち で前面 ぜんめん 投影 とうえい 面積 めんせき が広 ひろ く、高 こう 出力 しゅつりょく 化 か に伴 ともな い重量 じゅうりょう も肥大 ひだい 化 か する構造 こうぞう 的 てき 弱点 じゃくてん を承知 しょうち の上 うえ で、簡素 かんそ な遠心 えんしん 式 しき ターボジェットエンジン が早期 そうき の戦力 せんりょく 化 か に適 てき すると主張 しゅちょう し、理想 りそう 主義 しゅぎ を掲 かか げる上官 じょうかん のグリフィスと鋭 するど く対立 たいりつ して袂 たもと を分 わ かった。
ホイットルのチームは公言 こうげん 通 どお り遠心 えんしん 式 しき ターボジェットエンジンをいち早 はや く実用 じつよう 化 か するが、独 どく では同 どう 時期 じき にハンス・フォン・オハイン が並行 へいこう して開発 かいはつ を手掛 てが けていたのみならず、更 さら に複雑 ふくざつ な軸 じく 流 りゅう 式 しき ターボジェットの将来 しょうらい 性 せい に確信 かくしん を抱 だ いていたドイツ航空 こうくう 省 しょう 技官 ぎかん ヘルムート・シェルプ (英語 えいご 版 ばん ) らの後押 あとお しで BMW 、ユンカース が困難 こんなん な技術 ぎじゅつ 的 てき 課題 かだい に挑 いど んだ結果 けっか 、後退 こうたい 翼 つばさ を持 も つ革命 かくめい 的 てき なジェット戦闘 せんとう 機 き Me 262 等 ひとし を世界 せかい に先駆 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 優 ゆう 速 そく の Me 262 は連合 れんごう 国 こく 側 がわ に多大 ただい な脅威 きょうい を与 あた えたが劣勢 れっせい を挽回 ばんかい するには至 いた らず、降伏 ごうぶく と共 とも に独 どく の技術 ぎじゅつ 者 しゃ はペーパークリップ作戦 さくせん 等 ひとし によって米 べい ソが自国 じこく に招聘 しょうへい し、青天井 あおてんじょう の予算 よさん を積 つ んで研究 けんきゅう 開発 かいはつ を続行 ぞっこう させた。
東西 とうざい 冷戦 れいせん は軍用 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 を激化 げきか させたが、1940年代 ねんだい 末 まつ になると遠心 えんしん 式 しき ターボジェットエンジンは上記 じょうき の機械 きかい 的 てき 限界 げんかい が顕在 けんざい 化 か して性能 せいのう 向上 こうじょう の余地 よち が無 な くなり、1950年代 ねんだい 初頭 しょとう 以降 いこう は大半 たいはん が軸 じく 流 りゅう 式 しき ターボジェットエンジンで占 し められるようになった。遠心 えんしん 圧縮 あっしゅく 式 しき は軸 じく 流 りゅう 圧縮 あっしゅく 式 しき に比 くら べ、小型 こがた 化 か に適 てき しており、運転 うんてん 領域 りょういき が広 ひろ いため、マイクロガスタービン やホンダジェット の高 こう 圧 あつ 圧縮 あっしゅく 機 き に採用 さいよう されたり、ヘリコプター 用 よう のターボシャフトエンジン には、遠心 えんしん 式 しき や軸 じく 流 りゅう 式 しき +遠心 えんしん 式 しき の圧縮 あっしゅく 機 き が用 もち いられている。
ジェットエンジン用 よう 軸 じく 流 りゅう 式 しき 圧縮 あっしゅく 機 き の特徴 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 部 ぶ
航空機 こうくうき 用 よう ジェットエンジンは、高温 こうおん かつ高 こう 大気 たいき 圧 あつ で流速 りゅうそく ゼロの条件下 じょうけんか で始動 しどう し、低温 ていおん 低 てい 大気 たいき 圧 あつ で高 こう 流速 りゅうそく の高空 こうくう まで、様々 さまざま な高度 こうど と速度 そくど に適応 てきおう する事 こと が求 もと められる。このため単 たん に燃料 ねんりょう 流量 りゅうりょう を増減 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 を可変 かへん にしたり、途中 とちゅう の段 だん から圧縮 あっしゅく 空気 くうき を一部 いちぶ 抽気(ブリード)したり、可変 かへん 静 せい 翼 つばさ を調整 ちょうせい するなどして、サージング と呼 よ 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 )を避 さ けつつ、燃焼 ねんしょう をコントロールして熱 ねつ 効率 こうりつ の向上 こうじょう をはかる。
高 こう 出力 しゅつりょく を得 え る為 ため には圧縮 あっしゅく 機 き を高 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 を同 おな じ大 おお きな回転 かいてん 数 すう で動 うご かすと、回転 かいてん 半径 はんけい (翼 つばさ 幅 はば )の大 おお きな初段 しょだん 付近 ふきん のローターにおいて、翼 つばさ 端 はし の対 たい 気 き 速度 そくど が音速 おんそく に近 ちか づくことによる効率 こうりつ の低下 ていか をもたらすなどの悪影響 あくえいきょう が生 しょう じる。逆 ぎゃく に、回転 かいてん 数 すう が小 ちい さいと後段 こうだん において十分 じゅうぶん な圧縮 あっしゅく が得 え 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 機 き とタービン を単一 たんいつ の軸 じく でつないだだけの1軸 じく (single spool) 式 しき であったが、GE J79 を最後 さいご に、低圧 ていあつ 部 ぶ と高圧 こうあつ 部 ぶ がそれぞれ別々 べつべつ に回転 かいてん する2軸 じく (twin spool) 式 しき が主流 しゅりゅう になった(低圧 ていあつ 部 ぶ 用 よう の軸 じく は高 こう 圧 あつ 部 ぶ 用 よう の軸 じく の内部 ないぶ を通 とお される)。ここから、低圧 ていあつ 部 ぶ を巨大 きょだい 化 か して噴流 ふんりゅう の多 おお くを大気 たいき 中 ちゅう に放出 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 の燃費 ねんぴ と騒音 そうおん は格段 かくだん に改善 かいぜん された。
更 さら にロールス・ロイス はRB211 で3軸 じく (triple spool) 式 しき の実用 じつよう 化 か に成功 せいこう し、可変 かへん 静 せい 翼 つばさ を撤廃 てっぱい している。より一 いち 層 そう の性能 せいのう 向上 こうじょう を意図 いと して、ひとつの軸 じく の回転 かいてん 方向 ほうこう を他 た の軸 じく と逆 ぎゃく 向 む きにしたものも存在 そんざい する(GEnx , トレント 900 , 1000)。