エンジン性能向上の競争で、ユナイテッドテクノロジーズの3Dプリント自己冷却穴構造の特許が承認された

2017年12月25日、上海で初の大型旅客機エンジン検証機（CJ-1000AX）が組み立てられました。中国商用飛行機エンジン株式会社（CAEC）は「主力メーカーとサプライヤー」の開発モデルを採用し、24台が参加して試作に参加しました。チタン合金のワイドコード高中空率ファンブレード、アルミニウム合金の大型薄肉ファンコンテインメントケーシング、3Dプリント燃焼室燃料ノズルなど、多くの重要な試作技術で次々と突破口を開きました。同時に、大口径長軸ユニットの水平組み立ての技術的困難も克服しました。最初の全機の試作と組み立てを完了するのに18ヶ月かかりました。

その中で、3Dプリンティングは再び重要な技術の一つとなっています。エンジン分野における 3D プリントの応用はまだ初期段階にあるかもしれません。航空宇宙エンジン製造分野における 3D プリントの応用に関しては、航空宇宙エンジンであろうと航空エンジンであろうと、3D プリントがエンジン性能の向上に重要な役割を果たしていることがはっきりとわかります。

3Dプリントは、もともと複数の部品で構成されていた部品を、1つの統合された形で印刷することができます。これにより、部品の統合構造が実現され、元の複数の部品を組み合わせたときに存在する接続構造（フランジ、溶接など）が回避されるだけでなく、設計者が制約を打ち破り、機能の最適化設計を実現するのに役立ちます。軽量化の利点に加え、一体構造の実現により組み立て工数の削減やエンジン効率向上の余地が生まれ、次世代エンジン研究開発技術への足掛かりとなります。

2017年末、ユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレーション（UTC）は、ガスタービンエンジンの自己冷却穴構造に関する特許を取得した。その中で、3Dプリントは、統合構造の自己冷却穴構造において重要な役割を果たすことができます。

United Technologies Corp. (UTC) Aerospace Systems は、ガスタービンエンジンの燃料供給コンポーネントの設計、製造、統合、修理、オーバーホールを行う会社です。ジェットエンジンは、燃料に変換されるエネルギーを最大化するために高温で作動する必要があります。現代の民間航空機や軍用航空機に動力を供給するガスタービンエンジンには、航空機を推進するファンセクション、ファンセクションからの空気供給を加圧するコンプレッサーセクション、炭化水素燃料を燃焼させる燃焼器セクション、および空気を加圧して燃焼ガスからエネルギーを抽出し、推力を生成するタービンセクションが含まれます。

燃焼器セクションは通常、壁アセンブリ、断熱パネルで裏打ちされた外殻（フローティングパネル壁と呼ばれることが多い）で構成されます。複数の穴（例えば、希釈穴）が壁アセンブリの周囲に間隔を置いて配置され、冷却プレナムから燃焼室に流入する空気を希釈し、燃焼器出口での燃焼ガスの温度プロファイルを低減および制御することでタービンを過熱による損傷から保護します。

これらの穴は、通常、ヒートシールドとサポートケーシングの間に延びるガスケットによって定義されます。ガスタービンエンジンの自己冷却穴構造に関するUTCの特許では、図の穴構造116（燃焼器希釈穴）を比較的小さく設計できるため、3Dプリント（積層造形技術）で製造できます。付加製造により、構造 116 は一体部品として製造される可能性がある。個々の特徴は厚さまたは直径が約 0.010 インチほど小さく、さまざまな穴は一般に直径が 0.012 インチほど小さくなります。付加製造プロセスが改善し続けるにつれて、最小サイズはさらに縮小されると予想されます。

エンジン分野での3Dプリントの応用については、海外でも着実に特許の整理が進んでおり、2017年1月17日にはGEがタービン部品のひずみセンサーの製造方法を開示した特許を取得した。その直後、GEは1月24日に燃料噴射装置本体と冷却システムの製造技術に関する新たな特許を承認された。 3Dプリントエンジンの国際特許レイアウトについて。

画像: UTC US 9851105B2 特許の自己冷却穴構造

こうした前向きな探求により、航空宇宙分野における 3D プリンティングの深化が促進され、驚くべき応用技術が生まれました。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
国産初の大型旅客機エンジン検証機が完成、3Dプリント燃料ノズル搭載

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