圧縮機出口からの抽気がターボジェットエンジン性能に及ぼす影響

摘要

ターボジェットエンジンは基本、構成要素として圧縮機、燃焼器、タービン、推進ノズルで構成されている。ガスタービンを正常に作動させる上で作動線が存在する。作動線は各回転数で正常に圧縮機が作動できる作動点を結んだものであり、空気質量流量と圧力比からなる圧縮機性能特性図上に示される。また、圧縮機性能特性図上にはサージラインが存在し、正常に作動することができない領域を示すものである。作動線がサージ領域に入ると、圧縮機の出口圧力が急低下し激しい脈動が起こり不安定な状態となり正常に作動できなくなる(1)。その不安定な状態を回避する方法の一つとして抽気（ブリード）という方法がある。圧縮機で抽気を行うことで圧力比が下がり、作動点が下方に移動しサージラインから遠ざけることができる。さらに、作動線を下げることは低回転時にサージライン上に折れ曲がり(kink)と呼ばれる不安定領域を回避することも可能となる。また、これは推進ノズル開口面積を大きくした時と同様の効果を得ることができる。本研究では、先行研究において、構成要素のマッチング理論に基づき開発されたガスタービン性能解析ツール(GTPAT)を用いて、圧縮機出口からの抽気を行うことで作動線の不安定領域への介入を回避すること、抽気率によりどれだけサージラインから遠ざかるかを予測するとともに、小型ターボジェットエンジンを用いて抽気試験を行い解析と比較検証をすることを目的とする。