セラミックブレードのFOD解析

摘要

タービンの熱効率を向上させる効果的方法の一つはその入り口温度(TIT)を高くすることである。 TITを高めていくにつれてブレードなど高温に曝される部材の冷却について対策を講じなければならない。 また，高温に耐え得る材料の使用についても検討が必要となる。 特に小型ガスタービンの場合，小さなブレードの内部に冷却用流路を配置することは極めて困難となるため優れた耐熱材料であるセラミックの使用が強く望まれる。 このような背景の中で小型セラミックガスタービンの研究開発が試みられてきた。 セラミックは耐熱性に優れている反面衝撃力に弱く，エンジン内部の異物の衝突による破損(Foreign Object Damages, FODs)が懸念されている。実際にFODによるものと思われる損傷例もいくつか報告されている。損傷形態は局所的破損(local damage)と構造的破損(structural damage)とに大別される。 ここで，前者は衝撃点直下ならびに近傍に発生する破損を，後者は衝撃点から離れた箇所での破損をそれぞれ意味するものとする。 これまでのところセラミック材料のFOD研究は局所的損傷に関するものが多く，構造的損傷に関する研究例は比較的少ないように見受けられる。 セラミックガスタービン(CGT)の最適設計にはこれら二つの視点に立脚した判断が不可欠と思われる。