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30分のミニ講義を聴講しよう！ジェットエンジンの中の流れを覗いてみよう
航空機のジェットエンジンの構成要素であるガスタービンは高温高圧のガスの流れを受けて高速で回り、エネルギーを生み出す機械です。タービンの性能を上げるために内部のガスの流れや渦を目に見えるようにし、その構造を明らかにする研究について講義します。
ジェット機の燃費・パワーを向上するには
スモークワイヤー可視化実験
ジェットエンジンの中の流れを覗いてみよう
先生からのメッセージ
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「渦との闘い」がジェットエンジンを進化させた「タービン」はジェットエンジンを構成する機構の1つで、簡単に言うと「羽根車」です。ジェットエンジンは、空気を圧縮して燃料を混ぜ、高温・高圧ガスを燃焼させて後方に噴射することで推進力を得ます。この中でタービンは、燃焼ガスの噴射を受けて回転し、圧縮機を動かします。
タービンの回転効率が高いほど、エンジンもパワーアップしますが、ここに「渦」という問題が生じます。ガスがタービンの羽根を通過する際、気流の渦が発生し、回転力の損失が発生するのです。時代とともに進化してきたジェットエンジンですが、その歴史は渦との闘いの歴史だったと言えます。気流を可視化して渦の構造を解析回転するタービンの羽根と壁との境目には、気流の速度差が生まれます。その流速の歪みが渦の発生原因なので、羽根の周囲を壁が囲う構造が変わらない限り、渦を完全にゼロにすることは困難です。
それでも、渦による回転損失を少しでも減らそうと、羽根の形状や気体の流し方を改良する研究が進められました。タービン内を流れる気体は目に見えないので、煙を流したりレーザー光を当てたりして可視化し、渦の構造を解析する研究が繰り返されています。最近は、壁側に高電圧をかけることで、気流の速度を均等にする研究なども始められています。渦を制すれば大きな省エネ効果も生まれるタービン内の渦を完全になくすことができれば、ジェットエンジンのパワーは2～3％向上すると予想されています。「たった2～3％？」と思うかもしれませんが、極限まで改良されている機械の性能を2～3％上げられれば、とても大きな成果なのです。
エンジンがパワーアップすれば、燃料の消費量を減らし、CO2排出量を抑えることができます。タービンは、発電所をはじめとするさまざまな産業分野でも活用されているので、多方面での省エネやCO2削減効果が期待できます。渦を制する研究は、あらゆる産業にとってのメリットを生み出すのです。先生からのメッセージ
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