GKN、エンジン効率向上のため3Dプリントによる新しいタービン排気モジュールを開発

この投稿は warrior bear によって 2022-10-14 21:45 に最後に編集されました。

2022年10月14日、アンタークティックベアは、EUクリーンスカイ2 EMVALプロジェクトの一環として、製造会社GKNエアロスペースが3Dプリントタービン排気モジュールを製造し、ドイツのエンジン会社MTUに納入したことを知りました。まだ開発中のエンジンの小型版であるこの新しい部品は、3D プリント技術のおかげで、150°C で動作しながらも、既存の部品より 5 分の 1 の軽量化と全体的な効率化を実現しています。

GKN タービン排気モジュール向け 3D プリント技術<br /> タービン排気モジュールの鍵となるのは、低圧タービンからのエンジン排気を処理し、冷却してルーティングするタービン排気ボックス (TEC) です。 TEC はこれらの高温ガスを可能な限り効率的に輸送する必要があるため、高強度で高温耐性のある材料と最適化された構造設計が必要です。これを実現するために、 GKN は金属積層造形を採用し、TEC の大部分の部品を 3D プリントして重量を軽減し、ブレードの設計を最適化しました。
GKNエアロスペースのテクニカルプロジェクトマネージャー、ラース・エルブラント氏は次のように述べています。「このタイプのデモンストレータープロジェクトは、国際的なパートナーと協力して完全なエンジンテストを行い、高いTRLレベル（TRL 5-6）で当社の新技術を検証できるため、GKNエアロスペースにとって非常に重要です。
△クリーンスカイ2プロジェクト
「クリーン・スカイ2」プログラムは、40億ドル以上の費用をかけて、より持続可能な航空技術を開発し、2050年までにヨーロッパをカーボンニュートラルにすることを目指している。これはまた、エアバス、ハネウェル、ルフトハンザテクニックからサフラン、シーメンスまで、多数の航空宇宙企業が結集し、欧州の航空宇宙製造産業にとって刺激となるものでもある。具体的な目標は野心的なものと思われます。航空機の燃料効率を改善し、CO2排出量を20～30％削減し、窒素酸化物と騒音排出量を20～30％削減することです。
計画全体では多くの内容がカバーされていますが、最終的な焦点は依然としてエンジンのパフォーマンスにあります。今のところ、航空機の 3D プリントの分野では、タービンブレードやブラケットなどのコンポーネントに多くの注目が集まっていますが、最適化の余地はまだたくさんあります。

一般的に言えば、上の画像に示すように、ターボファンエンジンを見ると、空気がエンジン内を流れるときにさまざまなことが起こっていることがわかります。空気の流れを最適化すると、エンジンのパフォーマンスが向上します。燃焼や空気の流れを合理化できれば、エンジンの効率を高めることができます。これは、ブレードなどのコンポーネントを軽量化することでも実現できます。積層造形法を使用したコンポーネントの統合によって、何らかの方法でエネルギーの流れを最適化することもできます。

大規模航空 3D プリント<br /> GKN はすでに Conflux、Additive Industries、HP などと連携し、3D プリンティングに多額の投資を行っています。 GKN は、A350XWB、F35 Lightning などのプログラムにおける航空機構造および推進装置の作業に携わる大手航空宇宙企業です。 GKN は Forecast3D を買収し、積層造形全般の大手企業となりました。しかし、収益はわずか90億ポンド程度であり、航空宇宙部門では比較的小規模な企業である。このプロジェクトの顧客であるドイツのMTUエアロエンジンズも、航空エンジンで40億ドルの収益を上げる有力企業だが、民間航空エンジン部門の価値は約800億ドルで、修理市場はその7倍の規模と言われている。一方、軍用航空機はさらに500億ドルの市場です。
商業部門では、GEとサフランの合弁会社であるCFMが最大のサプライヤーです。 2位はプラット・ホイットニー、続いてゼネラル・エレクトリック（GE）、ロールス・ロイスとなった。 GEnx プログラムなどの一部のケースでは、GE はパートナーと共同でエンジンプログラムに取り組んでいます。たとえば、MTU は GEnx の 6.5% を所有しています。一方、GE9XプロジェクトはGEが75%、IHI、Snecma、Techspace Aero（サフラングループ）、MTUが25%を出資している。
IHIはロールス・ロイス社のトレントプロジェクト向けの部品も生産している。 A380 GP7000エンジンのメンテナンス作業はドイツのMTUによって実施されます。メンテナンス作業の一部は、マレーシアのMTUとルフトハンザテクニックの合弁会社であるコタダマンサラに委託されている。 GP7000自体は、ゼネラル・エレクトリックとプラット・アンド・ホイットニーの合弁会社であるエンジン・アライアンスによって開発されました。
そして、PW1100G-JMは、プラット・アンド・ホイットニー社がエアバスA320 neo向けに開発したエンジンで、プラット・アンド・ホイットニー社がパートナーのMTU社および日本航空エンジン株式会社と共同で開発しました。日本航空機エンジン株式会社は、川崎重工業、IHI、三菱重工業の合弁会社です。 JAE は、GE GEnx、ロールスロイス Trent 1000、GE Passport 20、GE GE9X の開発にも携わっています。同社はまた、プラットとMTUをパートナーとするInternational Aero Engines AGの一員でもある。
エンジン市場は、世界で最も技術的に要求の厳しいプロジェクトのいくつかに協力する協力者と競争者の集まりです。 GE は、3D プリンティング業界全体の収益を上回る価値を持つ、個別の複数年保守契約を結んでいます。同社は2022年初頭、GE9Xエンジンに関してカタールと68億ドルの契約を締結した。 CFM社はすでに、定価1510億ドル以上のLEAPエンジンの契約を獲得している。エンジン市場におけるこのような複雑さと取引の中で、MTU と GKN の協力は、両社の個々の能力と協力能力を強化する方法とみなされています。
航空機エンジンにおけるどんな小さな利点でも、大きな影響を与える可能性があります。エンジンプラットフォームの開発と構築には数十億ドルの費用がかかり、世界中からの資本が必要です。部品は世界中で製造されており、リスクは共通しています。多くの場合政府が所有する航空会社は、エンジンを選択し、メンテナンスの契約を結びます。これらの契約を獲得することは、会社の収益だけでなく、地元の工業地域にも大きな影響を与えます。契約が逆の結果になった場合、多くの雇用が創出されるか、あるいは失われる可能性がある。これは、政治家や地方自治体にも影響を与えます。つまり、次のエンジンでは品質だけが考慮されるわけではないということです。良い面としては、これらの企業はすべて強力な能力を持ち、最高の品質を追求するという目標を持っています。品質システムと分析は、それらの存在において重要な役割を果たします。業界としては、少しずつ導入され、大規模なエンジンのゲームで大きな成功要因となることを期待するしかありません。

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