航空関連用語集

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Axial-Flow Turbine (アクシャル・フロー・ターバイン)
軸流タービン

 圧縮と膨張の違いはあるが、構造的には軸流コンプレッサーとよく似ている。すなわちタービンは静列から成るステーターと、動翼列から成るローターの組み合わせで、一組を段(Stage)と呼ぶこともコンプレッサーと同じである。タービンの入り口と出口の圧力比を膨張比(Expansion Ratio)といい、1段当たりで2前後となっている。ターボジェット・エンジンでは燃焼ガスの持つエネルギーの3/4程度がここで軸出力に変わり、そのままコンプレッサーの駆動に消費される。

軸流エンジンを例にとると、一つのエンジンでコンプレッサーの圧力比と、タービンの膨張比はほぼ同程度であるにもかかわらず、段数はタービンの方がはるかに少ない。これはタービンがはるかに高い温度差で働くことと、流れが低圧部から高圧部へ流れるコンプレッサーより、自然に順応した(高圧→低圧)流れのタービンの方が楽なためである。

ステーターはタービン・ノズル(Turbine Nozzle)とも呼ばれ、翼断面を持ったベーンを各段に数10枚、環状に並べてケースに固定したもので、燃焼ガスを適当な角度で高速流にして、ローター・ブレードに吹き付ける働きをする。ノズルはタービンの内部で最も高温に曝され、熱による変形を多く受けるため、コンプレッサーからの抽気を導いて冷却を行う

ローターはこれも翼断面を持つブレードを各段、数10枚から100枚余り、ディスク(Disc、 Disk)の外周に植えたもので、ノズルからのガス流を受けて回転する。ガスの膨張(すなわち圧力降下)には、各段ごとのノズルとブレードの両方で行わせるもの(反動タービンと呼ぶ)と、ノズルのみで行わせるもの(衝動タービンと呼ぶ)とがあって、それぞれ長短がある。実用タービンではブレードの根元と先端とで円周速度が異なることから、ブレードにひねりを与え、根元を衝動型、先端を反動型としたものもある

タービンは高温度、脈流による振動、腐食、ブレードではこれに遠心力が加わるという具合に使用条件が厳しく、かつエンジンの出力や熱効率、耐久性などを大きく左右するため、特に高温強度や熱疲労、耐食性に優れた材料が求められる

ニッケルを主体(ブレード、ノズル)、コバルトを主体(ノズル)のいわゆる超耐熱合金がそれで、鋳造品や鍛造品から仕上げられる。ディスクもニッケル主体の耐熱合金で作られるが、最近は耐熱金属の粉末を型に入れて焼結したものも実用化されている