ジェット エンジンのコンプレッサーのストールとは何ですか?またその防止方法は何ですか?

Jan 24, 2024

コンプレッサーの失速は通常、大きな衝撃音を伴い、エンジンの排気口から炎が出る可能性があります。

車のエンジンストールについて聞いたことがある、あるいは経験したことがあるはずです。 しかし、ジェットエンジンにも失速が発生することをご存知ですか? これらの失速、より具体的にはエンジン コンプレッサーの失速は、エンジン内の空気流の不安定によって引き起こされます。

ジェット エンジンのコンプレッサーの仕事は、吸気からの空気を圧縮することです。 この圧縮により、空気の圧力が増加します。 同時に空気の速度も低下します。 コンプレッサーアセンブリはローターブレードとステーターで構成されています。 各ローターの後にステーターが続きます。 ローターは動く物体ですが、ステーターは静止したままです。

気流がローターを通過すると、気流速度が正味増加し、気流がステーターに伝わると、その中の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されます。 これは、ローターブレードとステーターの間に分岐通路を作成することによって行われます。

典型的なジェット エンジンでは、各ローターとステーターのカップル内の圧力上昇は約 1.1 ～ 1.2:1 と非常に小さいです。 これは、たとえば 20:1 の圧縮比を達成するには、複数のローターとステーターが必要になることを意味します。 初期世代のエンジンでは、これは 1 つの単一のコンプレッサー タービン アセンブリまたは 1 つのスプールで行われていました。 これが、失速が頻繁に発生する主な理由の 1 つでした。

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失速はどのようにして起こるのでしょうか？ コンプレッサーのローターブレードは本質的に翼のような小さな翼形です。 このため、空気が最適な迎え角で流れる必要があります。 この角度が小さすぎたり大きすぎたりすると、ブレードはエンジン内のスムーズな空気の流れを維持できなくなります。 ローターの迎え角は、コンプレッサーの RPM と空気流の軸速度によって生成されます。。

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ジェット エンジン (特にシングル スプールを備えたエンジン) には、非常に高い RPM で最高のパフォーマンスを発揮できるように固定されたローター ブレードが付いています。 回転数が低いと、ブレードの迎え角が乱れ、エンジン内の空気の流れが崩れます。 この段階ではエンジンが最適 RPM を下回って動作するため、初期世代のエンジンが地上走行中に失速することは珍しくありませんでした。

実際にどのように動作するかを例として挙げると、エンジン コンプレッサーが 100% (最適 RPM) の RPM で動作していると考えられます。 この状態では、圧縮比 20:1 で空気を圧縮できます。

これは、空気がコンプレッサーアセンブリを通過するにつれて、その体積がどんどん小さくなることを意味します。 出力されると、20:1 に圧縮されます。 このシナリオでは、ブレードが 100% RPM で動作するように最適化されているため、ローターは最適な迎え角を得ることができ、エンジン内の空気の流れはスムーズに保たれます。

ここで、エンジンの回転数を約 50% に下げるとします。 これにより、コンプレッサーアセンブリの速度が低下し、そこに入る空気は 20:1 に圧縮されなくなり、たとえば約 8:1 に圧縮されます。 この場合、より多くの空気がより高速またはより高い軸速度でコンプレッサーを通過します。

これにより、ブレードの迎角が乱れ、エンジン内の空気の流れが破壊されます。 同様に、エンジンが設計 RPM よりも高い RPM、たとえば 110% で動作できる場合、空気流はより圧縮されます。

これにより、圧縮機のドラム内をより高い軸速度で移動することになり、ローターの迎角が最適値を超えて空気の流れが破壊され、圧縮機の失速が発生します。

失速自体は、空気の流れの部分的な破壊です。 エンジン内部の空気の流れが完全に途絶えることをエンジンサージと呼びます。 パイロットは、サージの発生を防ぐために、失速イベントに即座に対応する必要があります。

確立されているように、ブレード上の気流が最適角度を下回ったり上回ったりするたびに、空気流の破壊が発生し、コンプレッサーが停止します。 ここでは、コンプレッサーの停止につながる可能性のあるいくつかの状況を見ていきます。