アクティブチップクリアランスコントロール
アクティブクリアランス制御（ACC ）は、大型航空機用ガスタービンにおいて巡航時の燃費向上を図るために用いられる手法です。これは、タービン先端クリアランスを複数の動作点に設定することで実現されます。パッシブクリアランス制御とは対照的に、パッシブクリアランス制御では1つの条件のみでクリアランスが設定されます。パッシブクリアランス制御については後述します。
燃料消費量を削減する方法の一つとして、1960年代後半から航空機エンジンの設計において、ブレード先端のシーリングの改善が重要な役割を担ってきました。 [ 2 ]例えば、エアバスA320に搭載されているCFMインターナショナルCFM56-5Bエンジンに使用されています。 [ 3 ]
背景
ガスタービンエンジンの開発以来、ブレード先端のシールは困難な課題となってきました。これは、ブレード先端と周囲のケーシング（シュラウド）との間のクリアランスが、主に回転構造（タービンホイール）および静止構造（ステーター、タービンケーシング）への熱負荷および機械的負荷の変化によって変化する傾向があるためです。[ 2 ]
タービン先端クリアランスは、タービンブレードの翼を通過せず、タービンで発生する出力に寄与しないガスの漏れ経路です。そのため、燃料の無駄（燃料効率の低下）につながります。クリアランスは、薄断面タービンケースと比較した厚断面タービンディスクの熱膨張、および速度によるディスクの半径方向の成長に依存します。[ 2 ]これら 3 つは変化し、したがってエンジンの運転状態では先端クリアランスは変化します。エンジンが最初にアイドリングから離陸に加速するとき、クリアランスは最小になります。ブレード付きタービンディスクは最大速度で回転し、遠心応力による半径方向の成長が最大になりますが、アイドリングで冷えているため均等に加熱される機会がありません。熱の影響により、一定温度に安定して、チップクリアランスが一定になるまでには長い時間がかかります。この最小クリアランスをもたらす過渡状態は、ピンチポイントとして知られています。エンジン製造時に、ピンチポイント状態でブレードの先端がタービンケース内の固定シュラウドに擦れないようにクリアランスを設定することをパッシブクリアランス制御と呼ぶことがあります。[ 4 ]
HPT（高圧タービン）ブレード先端クリアランスは燃料の燃焼と排出量に大きな影響を与えます[ 5 ]。そのため、ACCを使用すると、長距離航空機の巡航燃料の燃焼、航続距離、ペイロード能力に大きな利点があります。[ 5 ]
基本的なシステムの概要
例えば、CFMインターナショナル社のCFM56-5Aエンジンのアクティブクリアランスコントロールは、HPTACCにHPCエアを使用し、LPTACCにファンバイパスエアを使用します。クリアランスコントロールは、電子制御ユニット（ECU）、油圧機械ユニット（HMU）、およびHPおよびLP ACCバルブで構成されるエンジンFADECによって制御されます。 [ 6 ]
参考文献
- 注記
- ^「CFM56が成熟期を迎える」Flight International 1981年4月18日、CFM56-2の断面図、p.1121
- ^ a b c「タービンエンジンクリアランス制御システム：現在の実践と将来の方向性」（PDF） 2002年9月. 2017年4月3日閲覧。
- ^エアバス・トレーニング・シミュレーター A320 フライトクルー操作マニュアル、パワープラント燃料システム、1.70.40 P 2、SEQ 005、REV 23、P1,2
- ^ NASA TM/2002-211794、タービンエンジンクリアランス制御システム：現在の実践と将来の方向性、Lattime and Steinetz、2002年9月、図4およびp.10
- ^ a b NASA (2005年10月). 「HTPクリアランス制御」(PDF) . 2017年4月3日閲覧。
- ^トレーニングマニュアル CFM 56-5A エンジンシステム、2000年4月、CFMIカスタマートレーニングセンター発行
