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2016年2月29日 (月)

キネマ航空CEO MRJが採用したP&Wのギヤード・ターボファン・ジェットを読み解くの巻

一応はMRJのカテゴリーで書いているのでプラット&ホイットニーP&W)のギヤード・ターボファン・エンジンの話を・・・

P&W ではギヤード・ターボファンを ピュアパワー とブランド化して呼び、6つのファミリーがそれぞれ推力によって細分化されて合計すると16型式に分けられ、航空機メーカーはこの中から機体に応じて選択することになる。

三菱 MRJ 90 に使われるエンジンは PW 1217G です。二軸(ツー・スプール)仕様で、ファン直径 56 インチ(1.42m) 、バイパス比 9:1 と、ここまでは公表されていますが・・・

図は、上記のファミリィの総称であるピュアパワー・エンジン PW 1000G シリーズのカットアウェイです。エンジンのスプール(軸)の構成は 1 - G - 3 - 8 - 2 - 3 となっています。

構成を示す数字は、軸と一緒に回転する動翼の段数で左より (ファン)-(ギヤ・ボックス)-(低圧段圧縮機)-(高圧段圧縮機)-(高圧段タービン)-(低圧段タービン) の順です。
ストレートに流れる軸流式なので各段の構造を示す付加記号は省略しています。説明図では以上の構成を明確にするために各動翼の後ろにあるべきエンジン筐体に取り付けられている静翼は描かれていません。

Pw1000g_cut_away_dwg

MRJ 90 で採用した PW 1217G1 - G - 2 - 8 - 2 - 3 で、このPW 1217GPW 1715Gエンブラエル E-Jets E2 175MRJ 70 相当)のみ低圧段圧縮機は 2 段です。

今のところ(詳細は後述)、その他のシリーズはすべて 3 段の低圧段圧縮機を採用し、
ファン径は、
PW 1500G シリーズ(ボンバルディア C シリーズ)と
PW 1900G シリーズ(エンブラエル E-Jets 190/195 )は 73 インチ(1.85m)、
PW 1100G シリーズ(エアバス A320neo シリーズ)と
PW 1400G シリーズ(イルクート MC-21)は 81 インチ(2.06m)、
と変えています。

併せてバイパス比は 12:1 (PW 1100G シリーズは 12.5:1)と大きくなり、当然ながらターボジェット・エンジン部分(コア・エンジン)も変わり、航空機メーカーでシリーズ化された機体の最大離陸重量に合わせたスラスト出力を提供できるエンジン型式を揃えて細分化されています。

ちなみに PW****G の番号部分は上一桁がピュアパワーシリーズを示し二桁目は機体メーカーの発注順のようです。
エンブラエルは 7 と 9 を持っており、別の理由もあるかもしれません)

また、下二桁で静止推力をキロ・ポンド単位で表しています。数字は 15、17、19、21、22、23、24、27、28、31、33、35 と並んでいます。こうしてみると日本の重工業がジェット・エンジン・メーカーとして世界を相手にビジネスを展開するのは不可能に近いことが垣間見えてきますね。
(視点を変えれば三大エンジン・メーカーが商品分野によりアライアンスを組む時代では部品メーカーのほうが有利で重要ともいえます)

・・・で、三菱 MRJ 90 のエンジンとなった PW 1217G は、ピュアパワーエアバスPW 11**G)に続いて二番目に 発注し、静止推力は 17,000lb を選んだことになります。
また、 MRJ 70 には 15,000lb の PW 1215G を予約しています。これは七番目にピュアパワーの発注をしたエンブラエル E-jets E2 175 用の PW 1715G と基本構造は同じとなります。

なお、肝心なスプール回転数では別資料より、現行の PW 1100G シリーズでは、ファン回転数は 3,500 rpm 、低圧段タービン軸 N1 = 15,000 rpm 、高圧段回転軸 N2 = 18,000 - 20,000 rpm とあります。

これよりギヤ・ボックスの減速比は 4.3 前後と推定できますが、その資料には「航空技術者の推定であり引用は控えよ。公式発表に合わせて訂正をする」と注記されています。

ギヤ比については、後日の検証と調査で 2.8230 と 3.0625 の二種類が判明しました。ギヤ比はファンの直径に直接関係するので、もう一種類の存在が考えられます。
当ブログの『 MRJ 』のカテゴリーを通覧ください。

MRJ 90 に採用された PW 1217G の回転数などは今のところわかりませんが、おそらく同等と思われます。

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さて、PW 1000G の詳細については日本語のウィキペディアのサイトにもありますがメンテナンスはされていないようです。

このため 当ページからのリンク は英語サイトです。さすがだな ! と思うのは仕様性能表にはソート機能がつけられており、いろんな比較ができます。

例えば 三菱 MRJ 90 は、出力の低いほうから二番目の PW **17G を選択しています。その一段上の PW **G の場合、燃費では-12% から -14~-15% へ、騒音は -15dB から -20dB へと性能のマー19ジンが向上している。

これが低圧段圧縮機の段数が 1 段多いことに起因する性能差なのかどうかは定かではありませんが、バイパス比(9:1 と 12:1 )の差を含めてその間に線引きはできます。
いずれにせよ製造コスト/販売プライスに関係する差であることは間違いありません。製品をそのまま小さくしても組み立てにかかる人工が目方と同じ割合で小さくなることはない。価格が安かったり販売数が少ない商品では部品点数を少なくすることが優先課題となります。

もちろん同じ出力のターボファン・エンジンとの比較マージンですから一概には言えませんが、航空会社(キャリヤー)からは絶対値と同時に経験からの相対値の比較でも評価されると考えられます。

19,000lbクラスを採用しているのはボンバルデア CS-100 の 114 - 144 席、エンブラエル E-jets E2 190 の 108 - 133 席の機体となっています。

最小の PW 15**G を分け合う三菱 MRJ 70 は 76 席、エンブラエル E-Jets E2 175 は 80 - 90 席。 ちなみにただ一社だけで PW **17G を採用している三菱 MRJ 90 は88 席です。

これらのエンジンの選定には座席数の決定から始まる機体の仕様が大きくかかわっています。

客室のシート幅や前後のピッチ、中央通路の幅に高さなどの乗客のアメニティと胴体断面積など機体にかかわる空気抵抗や運航重量からくる巡航速度を含めた経済性との「バランス」というより「トレードオフ」の結果への評価が機体メーカーの信用性を含めた航空機ビジネスであります。この辺りは「キネマ航空CEO MRJ の胴体を考える」を参照してください。

三菱 MRJ はエンジンの選択から見ても最先端を狙った尖ったコンセプトとも言えず、既存のメーカーが手持ちのカードから選んだ正攻法の隙間を狙ったニッチの商品と言えそうです。

ニッチと言うことで輸入貿易の閉鎖性を問われない限りにおいて、アイロニーを込めて YS-11 と同様に、国内での成功はほぼ約束されているといえます。どこの国にとってもそれが国産であり、そこから始まるのではありますが・・・

いっぽうでは、「(当CEOに言わせれば「尖んがりすぎた」)ゼロ戦を創ったメーカーの、」を枕詞とした 3K (高いほうのKですよ)がらみのメディアや航空雑誌で喧伝している性能と機能と日本人のマニアだけに通じる過去の誇示が輸出市場の評価基準ではないよ、と断言をしておきましょう。

なお現在、 PW 1000G シリーズを採用した型式認証済の機体は

PW 1127Gエアバス A320neo でルフトハンザから 2016/1/25 より就航
PW 1519Gボンバルディア CS100 でスイスグローバルエアラインから 2016/第二四半期に就航予定
PW 1521Gボンバルディア CS300 でエアバルテックから 2016/後半に就航予定

です。

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さて(オスプレイは食傷気味になっているので)、次回は・・・シンプルなターボ・ジェット・エンジンの発展型であるターボファンにターボプロップより高速で回るギヤ・ボックスをつける意味があるのか・・・(そりゃあるから作っているんだろうけど)について考えるの巻・・・

実績のあるギヤード・ターボファン・ジェット・エンジンの、元はと言えばライカミング製のハネウェル ALF 502 、LF 507ギャレット・エアリサーチからアライド・シグナルを経由したハネウェル TFE731 などと一緒に・・・ハードルの上げすぎかなあ・・・

でも GE ホンダ エアロスペース HF120 ターボファン・ジェットと比較するのも面白そうだし・・・

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