入ってくる空気はジェットエンジンのさまざまなシステム内でどのように送られるのでしょうか?

Corey

2024-09-19

ジェットエンジンは、入ってくる空気を一連のコンプレッサーで圧縮し、燃焼室内で霧化された燃料と混合することによって機能します。燃料と空気の混合物が点火、膨張し、排気口から放出されて推力が発生します。別のより大きな空気流は、圧縮も点火もされずにバイパス流を通過するだけです。

バイパス比は、エンジンコアをバイパスする空気の質量流量（二次流）とエンジンのコアに入る空気の質量流量（一次流）との比です。 3 番目の流れである寄生空気流 (ブリードエア) はコンプレッサーから流れ、燃焼室の外側でさまざまなシステムの冷却と加圧に使用されます。この記事では、ジェットエンジン内の 3 つの空気の流れについて説明します。

一次空気の流れ

エンジンコアを通過する空気
コアコンポーネントには、圧縮機、燃焼器、タービンが含まれます
圧縮空気は霧化された燃料と混合され、燃焼して膨張します。

ファンから入った空気は、高圧 (HP) コンプレッサーに入る前に、一連の低圧 (LP) 圧縮ステージ (ブースター) に入ります。圧縮の各段階は、回転コンポーネントと静止コンポーネントで構成されます。空気は各段階を通過する際に圧縮され、調整されます。圧力（および温度）が上昇すると、空気の速度は低下します。

写真：CFMインターナショナル

ロールスロイス新しい UltraFan テクノロジーについて述べています。

「さらなるテクノロジーと革新的な高温材料で強化された UltraFan は、Advance3 コアの全圧力比を一般的な大型エンジン用途向けに 70:1 以上に押し上げます。UltraFan はまた、ファン、コンプレッサー、タービンがすべて最適な速度で動作し続けることを保証する、新しいギア付きアーキテクチャ (ファンと中圧コンプレッサーの間に導入されたパワーギアボックス) も備えています。」

LP コンプレッサーからの空気は、インレットガイドベーン (IGV) を通って HP コンプレッサーに誘導され、回転によって生じる残留乱流を低減します。高温の加圧空気は加圧燃料と混合されて燃焼します。高温ガスは膨張し、エネルギーを HP および LP タービンに伝達します。エンジンの排気を通じて空気が存在し、推力が発生します。

寄生気流

客室与圧用の空気
冷暖房システム用の空気
サンプ、バルブ、その他の内部システムを加圧するための空気

寄生空気は、エンジンの内部コンポーネントの加圧と冷却に使用されます。一次流からの抽気は、サンプ、バルブ、その他の内部システムの加圧に使用されます。寄生空気は、サンプやタービンブレードやノズルなどの高温部品の冷却にも使用されます。

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写真: スミット・シン |シンプルな飛行

空気はすでに約 930 °F (500 °C) に加熱されていますが、燃焼器内およびその周囲の温度 (約 2,730 °F/1,500 °C) よりも比較的低いことは注目に値します。

寄生空気は、客室の加圧、空調、その他の内部システムにも使用されます。また、エンジン入口防氷システムおよび航空機翼防氷システムに温風を供給します。特に、圧縮セクションから取り出される空気の量は、エンジン効率に悪影響を及ぼします。ただし、ブリードエアは多数のバルブを通じて正確に制御され、重要なエンジンおよび航空機システムに供給されます。

二次空気の流れ

エンジンコアをバイパスする空気の流れ
エンジン外部を冷却するための空気
ケーシング、シュラウド、点火システムなどのエンジンコンポーネントを冷却するための空気

二次空気流は、エンジンコアをバイパスしてエンジンの外側を流れ、エンジン推力の大部分を提供します。ファンからの流入空気は、回転ファンからの遠心力の影響を最小限に抑えるために、アウトレットガイドベーン (OGV) を通って送られます。二次空気の流れは、エンジン全体を外部から冷却しながら、エンジンの騒音を最小限に抑えます。

写真: エアバス

二次空気の一部は、タービンシュラウドとケースのさらなる冷却に使用されます。タービンのコンポーネントは、温度の変化により膨張および収縮します。その結果、ケースとブレードの間のクリアランスが変化し、エンジンの効率に影響を与えます。二次空気はタービンケースに取り付けられたアクティブクリアランス制御ラインに送られ、飛行のすべての段階でブレードクリアランスを最適化します。

プラット＆ホイットニーギアードターボファン (GTF) エンジン技術について述べています。

「プラット・アンド・ホイットニー GTF Advantage™ エンジンは、A320neo ファミリの最も効率的なエンジンとしてリードを広げることになります。この新しい構成は、技術、革新、持続可能性への継続的な投資に対する当社の取り組みとともに、ギア付きファンアーキテクチャに固有の成長への長い道のりを示しています。」

二次空気の温度は航空機の高度に大きく依存するため、空気の質量流量はクリアランス制御バルブによって制御されます。二次空気は、コアコンパートメントや点火システムの冷却など、他の外部コンポーネントにも使用されます。