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| CFM56 | |
|---|---|
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| CFM56-5の背面図 | |
| タイプ | ターボファン |
| 国籍 | フランス / アメリカ |
| メーカー | CFMインターナショナル |
| 最初の実行 | 1974年6月 |
| 主な用途 | |
| 建造数 | 32,645（2018年6月）[1] |
| 開発元 | ゼネラルエレクトリック F101 |
| に発展した | CFMインターナショナル LEAP ゼネラルエレクトリックアフィニティ |
CFMインターナショナルCFM56（米軍呼称F108 ）シリーズは、 CFMインターナショナル（CFMI）が製造するフランスとアメリカの高バイパスターボファン航空機エンジンファミリーであり、推力範囲は18,500〜34,000 lbf（82〜150 kN ）です。CFMIは、フランスのサフラン・エアクラフト・エンジン（旧称スネクマ）とアメリカのGEエアロスペース（GE）の50対50の合弁会社です。GEは高圧コンプレッサー、燃焼器、高圧タービンを生産し、サフランはファン、ギアボックス、排気装置、低圧タービンを製造し、一部のコンポーネントはイタリアのアビオとアメリカのハネウェルによって製造されています。両社とも最終組立ラインを所有しており、GEはオハイオ州エベンデール、サフランはフランスのヴィラロッシュにあります。このエンジンは当初、販売が極めて低調でしたが、現在では世界で 最も多く使用されているターボファン航空機エンジンとなりました。
CFM56 は 1974 年に初めて稼働しました。1979 年 4 月までに、この合弁会社は5 年間で 1 件の注文も受けておらず、解散まで 2 週間という状況でした。デルタ航空、ユナイテッド航空、フライング タイガースがスーパー 70プログラムの一環としてダグラス DC-8航空機のエンジン交換に CFM56 を選択したことで、このプログラムは救われました。最初のエンジンは 1982 年に就航しました。CFM56 は後にボーイング 737のエンジン交換に選択されました。ボーイングは当初、このエンジン交換プログラム (後にボーイング 737 クラシックと命名) の販売はそれほど伸びないと予想していましたが、実際には CFM56 の低騒音と低燃費 (737 用の旧型エンジンと比較して) が好調な販売につながりました。
1987年、A320の初期の販売でCFM56に勝っていたA320用のIAE V2500エンジンが技術的なトラブルに見舞われ、多くの顧客がCFM56に切り替えました。しかし、CFM56にも問題がなかったわけではありません。初期の運用中にファンブレードの故障が数回発生し、そのうちの1件はケグワース航空事故の原因となりました。また、一部のCFM56派生型では雨や雹の中を飛行する際に問題が発生しました。これらの問題は両方ともエンジンの改良により解決されました。
歴史
起源
次世代の民間ジェットエンジン、推力10トン（20,000 lbf、89 kN）クラスの高バイパス比ターボファンの研究は、1960年代後半に始まった。それまで主に軍用エンジンを製造していたスネクマ（現サフラン）は、このクラスのエンジンを設計・製造する商業経験のあるパートナーを探し、市場参入を模索した最初の企業だった。彼らはプラット・アンド・ホイットニー、ロールス・ロイス、GEアビエーションを潜在的なパートナーとして検討し、GEのゲルハルト・ノイマンとスネクマのルネ・ラヴォーの2人の役員が1971年のパリ航空ショーで自己紹介した後、決定が下された。両社は協力関係に相互利益があると考え、その後も数回会合を重ね、共同プロジェクトの基本を具体化した。[2]
当時、プラット・アンド・ホイットニーが民間市場を独占していた。GEはこの市場クラスのエンジンを必要としており、スネクマは以前GEと協業した経験があり、エアバスA300用のCF6-50ターボファンの製造で協力していた。[3]プラット・アンド・ホイットニーは、JT8DをアップグレードしてCFM56と同じクラスで競争することを検討していたが、ロールス・ロイスは新しいプロジェクトを開始できない財政問題に対処していた。この状況により、GEはプログラムのベストパートナーの称号を得た。[2]
GE が独自に 10 トンエンジンを製造するのではなく、この提携に関心を寄せた主な理由は、当時このクラスのエンジンの開発資金源が Snecma プロジェクトだけだったからです。GE は当初、B- 1 ランサー超音速爆撃機用に開発された、はるかに先進的なF101エンジンではなく、CF6 エンジンの技術のみを提供することを検討していました。1972 年に米国空軍(USAF) が10 トンエンジンの開発資金を含む先進中型 STOL 輸送機(AMST) プロジェクトを発表したとき、GE はジレンマに直面しました。Snecma と共同で「限定的な」技術の 10 トンエンジンを製造するか、独自に「先進的な」技術を備えた同様のエンジンを製造するかのどちらかでした。 GEは、空軍との契約（プラット・アンド・ホイットニーやゼネラル・モーターズの一部門と「先進的」エンジンで競合）を獲得できなかった場合、ポートフォリオに「限定的」エンジンしか残らないことを懸念し、F101コア技術の輸出ライセンスを申請することを決定した。[4]
輸出に関する問題
GEは1972年に10トンエンジンプロジェクトへの主な貢献として輸出許可を申請した。米国国務省の軍需品管理局は国家安全保障上の理由で申請を却下するよう勧告した。具体的には、中核技術が戦略的国家防衛システム（B-1爆撃機）の一部であり、国防総省の資金で製造されており、技術をフランスに輸出するとプロジェクトに携わるアメリカ人労働者の数が制限されるからである。[5]公式決定は、1972年9月19日に国家安全保障担当補佐官ヘンリー・キッシンジャーが署名した国家安全保障決定覚書でなされた。[6]
拒否の理由として国家安全保障上の懸念が挙げられたが、政治も重要な役割を果たした。このプロジェクトとそれに伴う輸出問題は非常に重要と考えられていたため、1971年にフランスのジョルジュ・ポンピドゥー大統領はリチャード・ニクソン米大統領にこの取引の承認を直訴し、1972年の会談ではヘンリー・キッシンジャーがポンピドゥー大統領にこの問題を持ち出した。GEは最高レベルで、市場の半分を持っている方が市場のゼロよりはましだと主張したと伝えられている。GEの協力なしにスネクマが独自にエンジンの開発を進めれば、ゼロになるだろうと彼らは考えていた。ニクソン政権の当局者は、このプロジェクトがアメリカの航空宇宙リーダーシップの終焉の始まりになるのではないかと恐れていた。[7]
また、この拒否は、フランスがスイスに対し、フランスの設計であるダッソー・ミランと競合していたアメリカ製のLTV A-7コルセアII航空機を購入しないよう説得したことに対する報復でもあるのではないかという憶測もあった[7]。結局、スイスはどちらの航空機も購入せず、代わりにノースロップF-5EタイガーIIを選択した[8]。
1973年ニクソン・ポンピドゥー会談
輸出許可が拒否されたにもかかわらず、フランスとGEの両社はニクソン政権にF101技術の輸出許可を求め続けた。拒否後も数ヶ月にわたり努力は続き、1973年にレイキャビクで行われたニクソン大統領とポンピドゥー大統領の会談でこのエンジンが議題に上がった。この会談での話し合いの結果、CFM56の開発を進める合意が成立した。当時の報道によると、この合意は、GEが軍用F101から開発していたエンジンのコア部分は米国で製造され、機密技術を保護するためフランスに輸送されるという確約に基づいていたという。[9]合弁会社はまた、F101エンジンコアのために政府から提供された開発資金の返済として、米国に8千万ドルの使用料（製造予定のエンジン1台あたり2万ドルで計算）を支払うことにも合意した。[2] 2007年に機密解除された文書によると、CFM56輸出協定の重要な点は、フランス政府がヨーロッパに輸入されるアメリカの航空機に対して関税を求めないことに同意したことであったことが明らかになった。[10]
CFMインターナショナル
輸出問題が解決したことで、GEとスネクマは、10トンエンジンであるCFM56の製造と販売を担当する50対50の合弁会社であるCFMインターナショナル（CFMI）を設立する契約を締結した。このベンチャーは1974年に正式に設立された。 [11]エンジン名の「CF」はGEの商用ターボファンエンジンの名称を表し、「M56」はスネクマの当初のエンジン提案の名前である。[12] CFMIの主な役割は、GEとスネクマの間のプログラムを管理することと、顧客との窓口を一元化してエンジンを販売、保守することだった。CFMIはプロジェクトの日常的な意思決定を担当し、主要な決定（新しいバリエーションの開発など）にはGEとスネクマの経営陣の承認が必要だった。[3]
CFMIの取締役会は現在、スネクマとGE（それぞれ5人ずつ）で均等に分かれている。両社から1人ずつ、計2人の副社長がCFMIの社長をサポートする。社長はスネクマから選ばれることが多く、オハイオ州シンシナティのGE近くのCFMI本部に勤務する。[3]
両社で分担された作業では、GEが高圧コンプレッサー（HPC）、燃焼器、高圧タービン（HPT）を担当し、スネクマがファン、低圧コンプレッサー（LPC）、低圧タービン（LPT）を担当した。[13]スネクマはナセル設計を中心とした初期の機体統合エンジニアリングも担当し、当初はギアボックスも担当していたが、GEが他の部品と一緒に組み立てた方が効率的であることが明らかになったため、その作業をGEに移管した。[14]
発達
概要
CFM56の開発作業は、CFMIが正式に設立される前に開始された。作業は順調に進んだが、国際的な取り決めにより、独特の労働条件が生まれた。例えば、両社には組立ラインがあり、一部のエンジンは米国で組み立てられ、テストされたが、他のエンジンはフランスで組み立てられた。フランスで組み立てられたエンジンは、当初の厳格な輸出協定の対象となり、GEのコアは米国で製造され、その後フランスのスネクマ工場に輸送され、そこでスネクマの社長ですら立ち入りが許されない施錠された部屋に置かれていた。スネクマの部品（エンジンの前部と後部）が部屋に持ち込まれ、GEの従業員がそれらをコアに取り付け、組み立てられたエンジンが仕上げのために取り出された。[15]
最初に完成したCFM56エンジンは1974年6月にGEで初稼働し、2台目は1974年10月に稼働した。その後、2台目のエンジンはフランスに出荷され、1974年12月13日に初稼働した。これらの最初のエンジンはテスト例ではなく「生産ハードウェア」と見なされ、CFM56の最初の派生型であるCFM56-2と命名された。[14]
このエンジンは1977年2月に、空軍の先進中型STOL輸送機（AMST）競争に参加していたマクドネル・ダグラスYC-15に搭載された4基のプラット・アンド・ホイットニーJT8Dエンジンのうち1基を交換して初飛行した。 [16]その後すぐに、2基目のCFM56がフランスのスネクマ飛行試験センターでシュッド・アビエーション・カラベルに搭載された。このエンジンは、短いバイパスダクトと非混合排気流ではなく、長いバイパスダクトと混合排気流というわずかに異なる構成だった。 [ nb 1 ]これは「推力管理システム」を搭載した最初のエンジンであった。[17]
最初の顧客
数年間、空中と地上の両方でエンジンをテストした後、CFMIはAMST契約の可能性以外で顧客を探しました。主なターゲットは、ダグラスDC-8とボーイング707旅客機のエンジン交換契約であり、関連する軍用タンカーであるKC-135ストラトタンカーも含まれていました。当初このエンジンへの関心はほとんどありませんでしたが、ボーイングはCFM56が今後の騒音規制に対する解決策になる可能性があることに気づきました。[2] 1977年に707が飛行テスト用にCFM56エンジンで構成されることを発表した後、ボーイングは1978年にオプションとしてCFM56エンジンを搭載した707-320を正式に提供しました。新しい派生型は707-700としてリストされました。[18]航空会社からのエンジン交換された707への関心が限られていたため、ボーイングは1980年に航空機を販売することなく707-700プログラムを終了しました。[19]販売数は少なかったものの、CFM56を搭載した707の商用機が利用可能であったため、KC-135のエンジン交換契約においてこのエンジンの競争力が高まりました。[20]
KC-135R
米空軍のKC-135タンカー艦隊のエンジン換装契約を獲得することは、CFM56プロジェクト（600機以上の航空機に換装可能）にとって大きな恩恵となるはずであり、CFMIは1977年に提案依頼（RFP）が発表されるとすぐに積極的にその目標を追求した。プログラムの他の側面と同様に、この契約には国際政治が関係していた。競合相手であるプラット・アンド・ホイットニーTF33や改良型プラット・アンド・ホイットニーJT8Dに対してCFM56のチャンスを高める努力の一環として、フランス政府は1978年に11機のKC-135をCFM56でアップグレードすると発表し、このエンジンの最初の注文の1つとなった。[21]
米空軍は1980年1月、CFM56がエンジン交換契約の勝者であると発表した。当局は、 KC-135A機に現在搭載されているプラット・アンド・ホイットニーJ57エンジンを「...当時飛行中の最も騒音が大きく、最も汚く、最も燃料効率の悪いエンジン」と呼び、交換の見通しに興奮していることを示した。[22]エンジン交換後の機体はKC-135Rと命名された。CFM56はKC-135に多くの利点をもたらし、離陸距離を3,500フィート（1,100メートル）も短縮し、全体的な燃料消費量を25％削減し、騒音を大幅に削減し（24dB低下）、ライフサイクルコスト全体を下げた。これらの利点を考慮して、アメリカ海軍は1982年にボーイング707の派生型であるE-6マーキュリーの動力源としてCFM56-2を選択しました。 [20] 1984年にはサウジアラビア空軍がE-3セントリー航空機（707機体と関連）の動力源としてCFM56-2を選択しました。CFM56-2を搭載したE-3は、イギリスとフランスが購入する航空機の標準構成にもなりました。[3]
DC-8
1970年代末までに、航空会社は、より静かで効率の良い新機体を購入する代わりに、老朽化したダグラス DC-8機のアップグレードを検討していました。1978年にフランスから KC-135 を発注された後、ユナイテッド航空が 1979 年 4 月に30 機の DC-8-61 機を CFM56-2 にアップグレードすることを決定したことは、CFM56 の開発を確実なものにする上で重要でした。 [23]この発注が実現していなかったら、GE と Snecma は開発を凍結するまであと 2 週間でした。[2]この決定は、このエンジンの初めての民間購入 (政府/軍用ではなく) となり、デルタ航空とフライング タイガー ラインもすぐに追随し、CFM56 は軍用市場と民間市場の両方で確固たる地位を築きました。[3]
ボーイング737
1980年代初頭、ボーイングはCFM56-3をボーイング737-300型機の専用エンジンとして選択した。737の翼はCFM56の以前の用途よりも地面に近かったため、エンジンにいくつかの変更が必要になった。ファンの直径が小さくなり、バイパス比が低下し、エンジンアクセサリギアボックスがエンジンの底部（6時の位置）から9時の位置に移動されたため、エンジンナセルは独特の平底形状になった。全体的な推力も、主にバイパス比の低下により、24,000 lbfから20,000 lbf（107 kNから89 kN）に減少した。[24]
2つの航空会社に分割された20機の737-300の小規模な最初の発売注文以来、[3] 2010年4月までに5,000機以上のボーイング737航空機がCFM56ターボファンを搭載して納入されました。[25]
継続的な開発
Tech56とTech Insertion
1998年、CFMIは、エアバスとボーイングが製造することが見込まれていた新しい単通路機用のエンジンを開発するための「Tech56」開発および実証プログラムを立ち上げた。このプログラムは、必ずしもまったく新しい設計を生み出すのではなく、理論上の将来のエンジンのための多数の新技術の開発に重点を置いていた。[26] [27]ボーイングとエアバスが737とA320に代わるまったく新しい航空機を製造するつもりがないことが明らかになったとき、CFMIは、燃料効率、メンテナンスコスト、排出量の3つの分野に焦点を当てた「Tech Insertion」プログラムの形で、Tech56の技術の一部をCFM56に適用することを決定した。2004年に開始されたこのパッケージには、再設計された高圧コンプレッサーブレード、改良された燃焼器、改良された高圧および低圧タービン部品が含まれていた[28] [29]ため、燃料効率が向上し、窒素酸化物（NO x）排出量が低減した。新しい部品はエンジンの摩耗も減らし、メンテナンスコストを約5％削減した。このエンジンは2007年に就役し、すべての新しいCFM56-5BおよびCFM56-7Bエンジンはテックインサーションコンポーネントを使用して製造されています。CFMIは、既存のエンジン用のアップグレードキットとしてコンポーネントも提供しています。[28]
CFM56-7B「エボリューション」
2009年、CFMIはCFM56エンジンの最新アップグレードである「CFM56-7Bエボリューション」またはCFM56-7BEを発表しました。ボーイングの737次世代の改良とともに発表されたこのアップグレードは、より優れた空力特性により高圧タービンと低圧タービンをさらに強化し、エンジン冷却を改善し、全体的な部品点数の削減を目指しています。[30] CFMIは、この変更によりメンテナンスコストが4%削減され、燃料消費量が1%改善されると予想しました（新しい737の機体変更を含めると2%の改善）。2010年5月に完了した飛行および地上テストでは、燃料燃焼の改善が予想よりも良好で1.6%であることが明らかになりました。[31] 450時間のテストの後、CFM56-7BEエンジンは2010年7月30日にFAAとEASAによって認定され[32]、2011年半ばから納入されました。
CFM56-5B/3 PIP（パフォーマンス改善パッケージ）エンジンには、燃料消費量を減らし、メンテナンスコストを削減するための新しい技術とハードウェアの変更が含まれています。エアバスA320は2011年後半からこのエンジンバージョンを使用する予定でした。[33]
飛躍
LEAPはCFM56シリーズをベースにして設計された新しいエンジン設計で、複合材料の使用を増やし、10:1を超える高いバイパス比を実現することで16%の効率向上を実現しています。LEAPは2016年に就航しました。[34]
運用履歴
2016年6月現在、CFM56は最も多く使用されている高バイパスターボファンです。エンジン飛行時間は8億時間を超えており、8日ごとに100万時間のペースで飛行すると、2020年までに10億飛行時間を達成すると予想されています。550社以上の運航会社があり、常時2,400機以上のCFM56搭載ジェット機が飛行しています。信頼性の高さで知られており、最初のショップ訪問前の平均飛行時間は3万時間で、現在のフリート記録は5万時間です。[35]
2016年7月現在、3万基のエンジンが製造されており、エアバスA320ceoとA340-200 /300用のCFM56-5エンジンが9,860基、ボーイング737クラシックと737NG用のCFM56-3/-7Bエンジンが17,300基以上である。2016年7月、CFMは3,000基のエンジンの受注残を抱えていた。[36] CFM56-5Cを搭載したA340のローンチカスタマーである ルフトハンザ航空は、1993年11月16日に商用運航を開始し、それ以来4回のオーバーホールを受けており、飛行時間10万時間を超えるエンジンを保有している。 [37] 2016年にCFMは1,665基のCFM56を納入し、876件の受注を獲得した。同社は2045年までCFM56のスペアパーツを生産する予定である。[38]
2017年10月までに、CFMは31,000基以上のエンジンを納入し、そのうち24,000基が560社の運航会社で運用され、5億飛行サイクルと9億飛行時間を達成しました。これには、1998年以来のB737NGの-7Bでの1億7,000万サイクルと3億時間、1996年以来のA320ceoの-5Bでの1億サイクルと1億8,000万時間以上が含まれます。 [39] 2018年6月までに、32,645基が納入されました。[1]旺盛な需要により、生産は2019年から2020年まで延長されます。[40]
排気ガス温度マージンは使用とともに低下する。-5シリーズの場合、エンジンを翼から外す前に1～2回の性能回復工場訪問（30～60万ドル）を行うと、元のマージンの60～80％を回復できる。回復後は、最近のCFM56の場合、ホットセクションの場合は20,000サイクル（50万ドル）、軸流コンプレッサーの場合は25,000サイクル、ファンとブースターの場合は30,000サイクル（50～70万ドル）ごとに寿命が限られた部品を交換する必要がある。エンジン部品全体のコストは300万ドル以上、工場の作業時間を含めると350～400万ドル、1サイクルあたり約150ドルかかる。[41]
2019年6月までに、CFM56航空機群は10億エンジン飛行時間（約11万5000年）を超え、350億人以上を乗せて世界中を800万回以上飛行した。[42]
CFM56の生産は、最後の737NGエンジンが2019年に納入され、最後のA320ceoエンジンが2020年5月に納入されることにより、徐々に終了する。軍用737と予備エンジンの生産は低レベルで継続され、2024年頃に終了する予定である。[43]
単価： 1,000万米ドル（定価）[44]
デザイン
まとめ
CFM56 は高バイパス ターボファン エンジン (ファンによって加速された空気のほとんどはエンジンのコアをバイパスし、ファン ケースから排出される) で、バイパス比は5 :1 から 6:1 までの範囲でいくつかのバリエーションがあり、18,500 から 34,000 lbf (80 kN から 150 kN) の推力を生み出します。バリエーションは共通の設計を共有しており、細部のみが異なります。CFM56 は 2 軸 (または 2 スプール) エンジンで、回転軸が 2 つあり、1 つは高圧、もう 1 つは低圧です。それぞれが独自のタービン セクション (それぞれ高圧タービンと低圧タービン) によって駆動されます。ファンとブースター (低圧コンプレッサー) は、コンプレッサー、燃焼器、タービン セクションと同様に、エンジンのさまざまな反復を通じて進化しました。[3]
燃焼器
CFM56のほとんどの型は、単一の環状燃焼器を備えています。環状燃焼器は連続したリングで、燃料が空気流に噴射されて点火され、流れの圧力と温度が上昇します。これは、各燃焼室が独立している缶型燃焼器や、この2つを組み合わせた缶型燃焼器とは対照的です。燃料噴射は、ハネウェル社製の油圧機械ユニット（HMU）によって制御されます。これは、電気油圧サーボバルブによってエンジンに供給される燃料の量を制御し、燃料計量バルブを駆動し、燃料計量バルブはフルオーソリティデジタルエンジンコントローラー（FADEC）に情報を提供します。[45]
1989年、CFMIは新しい二重環状燃焼器の開発に着手した。二重環状燃焼器は、1つの燃焼ゾーンではなく、高推力レベルで使用される2番目の燃焼ゾーンを備えている。この設計により、窒素酸化物（NO x）と二酸化炭素（CO 2）の両方の排出量が削減される。二重環状燃焼器を備えた最初のCFM56エンジンは1995年に運用を開始し、この燃焼器は銘板に接尾辞「/2」が付いたCFM56-5BおよびCFM56-7Bの派生型で使用されている。[46]
GE は、Tech 56 プログラム中に、ツイン アニュラー プレミキシング スワーラー燃焼器 (TAPS) と呼ばれる新しいタイプの燃焼器の開発とテストを開始しました。[27]この設計は、2 つの燃焼ゾーンがある点で二重アニュラー燃焼器に似ています。この燃焼器は流れを「旋回」させ、理想的な燃料と空気の混合気を作り出します。この違いにより、燃焼器は他の燃焼器よりもNO xの発生量が大幅に少なくなります。CFM56-7B エンジンのテストでは、単一アニュラー燃焼器よりも 46%、二重アニュラー燃焼器よりも 22% の改善が見られました。 [47] TAPS 用に開発された分析ツールは、他の燃焼器、特に一部の CFM56-5B および -7B エンジンの単一アニュラー燃焼器の改善にも使用されています。[48]
コンプレッサー
当初輸出論争の中心であった高圧コンプレッサー（HPC）は、CFM56のすべての派生型で9段を特徴としています。コンプレッサー段は、コンパクトなコアローターで設計されたGEの「GE 1/9 コア」（つまり、シングルタービン、9段コンプレッサー設計）から開発されました。コンプレッサー半径のスパンが小さいため、システム内のアクセサリユニット（ベアリング、給油システム）を航空燃料で稼働するメイン燃料供給システムに統合できるため、エンジン全体を軽量かつ小型化できました。[2]設計が進化するにつれて、HPC設計はより優れた翼型設計を通じて改善されました。Tech-56改良プログラムの一環として、CFMIは、古い9段コンプレッサー設計と同様に同じ圧力比（圧力ゲイン30）を実現するように設計された6段高圧コンプレッサー段（コンプレッサーシステムを構成するディスク）を備えた新しいCFM-56モデルをテストしました。新しいものは古いものを完全に置き換えるものではありませんでしたが、2007年からの「Tech Insertion」管理計画の一環として、ブレードダイナミクスの改善によりHPCのアップグレードを提供しました。 [27] [49] [50]
排気
CFMIは開発当初、混合排気と非混合排気の両方の設計をテストした。[3]このエンジンのほとんどの派生型には非混合排気ノズルが搭載されている。[注 2]エアバスA340用に設計された高出力のCFM56-5Cのみが混合流排気ノズルを搭載している。[注 1] [51]
GEとSnecmaも、ジェット機の騒音低減におけるシェブロンの効果をテストしました。[nb 3] [52]風洞で構成を検討した後、CFMIはコア排気ノズルに組み込まれたシェブロンの飛行テストを選択しました。シェブロンは離陸時のジェット機の騒音を1.3デシベル低減し、現在はエアバスA321のCFM56のオプションとして提供されています。[53]
ファンとブースター
CFM56は単段ファンを特徴とし、ほとんどの型では低圧シャフトに3段ブースターを備えており[注 4] 、 -5B型と-5C型では4段となっている。[54]ブースターは低圧スプールの一部であり、高圧コンプレッサーに到達する前にファンの内部で行われた空気圧縮を継続するため、一般に「低圧コンプレッサー」（LPC）とも呼ばれる。オリジナルのCFM56-2型では、44枚の先端シュラウド付きファンブレードを特徴としていたが[55] [注 5]、幅広翼弦ブレード技術の発達に伴い、後期の型ではファンブレードの数が削減され、CFM56-7型では22枚にまで減少した。[56]
CFM56ファンは、エンジン全体を取り外すことなくファンブレードを交換できるダブテールファンブレードを特徴としており、GE/スネクマはCFM56がそのような機能を備えた最初のエンジンであると主張しています。この取り付け方法は、鳥の衝突後など、ファンブレードを数枚だけ修理または交換する必要がある場合に役立ちます。[57]
CFM56のモデルによってファンの直径は異なり、その変化はエンジン性能に直接影響を及ぼします。例えば、低圧シャフトはCFM56-2とCFM56-3の両モデルで同じ速度で回転します。-3のファンの直径は小さいため、ファンブレードの先端速度が低下します。速度が低いため、ファンブレードはより効率的に動作し（この場合は5.5％増加）、エンジン全体の燃料効率が向上します（特定の燃料消費量が約3％改善されます）。[24]
逆推力装置
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CFM56は、着陸後に航空機の減速と停止を助けるいくつかの逆推力装置をサポートするように設計されている。ボーイング737用に製造された派生型であるCFM56-3とCFM56-7は、カスケードタイプの逆推力装置を使用している。このタイプの逆推力装置は、メッシュ状のカスケードを露出させるために後ろにスライドするスリーブと、バイパス空気の流れをブロックするブロッカードアで構成される。ブロックされたバイパス空気はカスケードを通り抜け、エンジンの推力を減らし、航空機を減速させる。[58]
CFM56は、ピボットドアタイプの逆推力装置もサポートしています。このタイプは、エアバスA320などの多くのエアバス機に搭載されているCFM56-5エンジンで使用されています。このエンジンは、バイパスダクト内に下向きに回転するドアを作動させることで機能し、バイパス空気を遮断するとともに流れを外側に逸らして逆推力を生成します。[59]
タービン
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CFM56 のすべての型は、単段高圧タービン (HPT) を備えています。一部の型では、HPTブレードは単結晶超合金から「成長」しており、高い強度とクリープ耐性を備えています。低圧タービン (LPT) は、ほとんどのエンジン型で 4 段ですが、CFM56-5C は 5 段 LPT を備えています。この変更は、この型のより大きなファンを駆動するために実装されました。[51]タービンセクションの改良は、Tech56 プログラム中に検討され、1 つの開発は、空気力学的に最適化された低圧タービンブレード設計でした。これにより、低圧タービン全体のブレードが 20% 少なくなり、重量が軽減されます。これらの Tech56 の改良の一部は、タービンセクションが更新された Tech Insertion パッケージに取り入れられました。[27]タービンセクションは、「Evolution」アップグレードで再び更新されました。[28] [31]
CFM56の高圧タービン段は高圧コンプレッサーからの空気によって内部冷却されます。空気は各ブレードの内部チャネルを通過し、前縁と後縁から排出されます。[57]
バリエーション
CFM56-2シリーズ
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CFM56-2シリーズはCFM56のオリジナル版である。軍事用途で最も広く使用されており、F108として知られている。具体的にはKC -135、E-6マーキュリー、一部のE-3セントリー機に使用されている。CFM56-2は44枚のブレードを備えた単段ファン、4段LPタービンで駆動する3段LPコンプレッサー、および単段HPタービンで駆動する9段HPコンプレッサーから構成される。燃焼器は環状である。[55]
CFM56-3シリーズ
CFM56シリーズの最初の派生型であるCFM56-3は、ボーイング737クラシックシリーズ（737-300/-400/-500）用に設計され、静的推力定格は18,500～23,500 lbf（82.3～105 kN）である。-2の「クロップドファン」派生型である-3エンジンは、ファン直径が60インチ（1.5 m）と小さいが、元の基本的なエンジンレイアウトを維持している。新しいファンは、CFM56-2ではなく、主にGEのCF6-80ターボファンから派生したもので、ブースターは新しいファンに合わせて再設計された。[24]
このシリーズの大きな課題は、翼に搭載されたエンジンの地上高を確保することだった。これは、吸気ファンの直径を小さくし、ギアボックスやその他の付属品をエンジンの下から側面に移動することで克服された。その結果、ナセルの底部と吸気口の縁が平らになり、CFM56エンジンを搭載したボーイング737の独特の外観が生まれた。[60]
CFM56-4シリーズ
CFM56-4シリーズは、エアバスA320ファミリーの航空機用に設計されたCFM56-2の改良版として提案された。ロールスロイスが開発中のRJ500エンジンと競合する-4シリーズは、25,000 lbf（110 kN）を生み出すように設計され、新しい68インチ（1.73 m）ファン、新しい低圧コンプレッサー、フルオーソリティデジタルエンジンコントローラー（ FADEC）を搭載する予定だった。1984年にアップグレードプロジェクトが開始されて間もなく、インターナショナルエアロエンジンズはA320用に新しいV2500エンジンを提供した。CFMIはCFM56-4が新しいエンジンに比べて劣っていることに気づき、プロジェクトを中止してCFM56-5シリーズの開発に着手した。[2]
CFM56-5シリーズ
CFM56-5シリーズはエアバス機向けに設計されており、22,000～34,000lbf（97.9～151kN）の非常に広い推力定格を持っています。このエンジンにはCFM56-5A、CFM56-5B、CFM56-5Cの3つの異なるサブバリアントがあり、[2] FADECを搭載し、さらに空力設計の改良が取り入れられている点でボーイング737クラシックに搭載された同型機と異なります。
CFM56-5Aシリーズ
CFM56-5Aシリーズは、短距離から中距離のエアバスA320ファミリーに動力を供給するために設計された最初のCFM56-5シリーズです。CFM56-2およびCFM56-3ファミリーから派生した-5Aシリーズは、22,000〜26,500 lbf（98 kN〜118 kN）の推力を生み出します。改良されたファン、低圧コンプレッサー、高圧コンプレッサー、燃焼器などの空力改良により、この派生型は前身よりも10〜11％燃料効率が向上しています。[61] [62]
CFM56-5Bシリーズ
CFM56-5Aシリーズの改良型で、もともとはA321に動力を供給するために設計された。推力範囲は22,000～33,000 lbf（98 kN～147 kN）で、A320ファミリー（A318/A319/A320/A321）のすべてのモデルに動力を供給することができ、CFM56-5Aシリーズに取って代わった。CFM56-5Aからの変更点としては、排出量（特にNOx）を削減する二重環状燃焼器のオプション、より長いファンケース内の新しいファン、第4段（以前の型の3段から増加）の新しい低圧コンプレッサーなどがある。エアバスに供給されるエンジンの中で最も数が多い。[54] [63]
CFM56-5Cシリーズ
CFM56-5Cシリーズは、推力定格が31,200～34,000lbf（139kN～151kN）で、CFM56ファミリーの中で最も強力である。エアバスの長距離用A340-200および-300旅客機に搭載され、1993年に就航した。主な変更点は、ファンの大型化、5段目の低圧タービン、および-5B型と同じ4段低圧コンプレッサーである。[64]
CFM56の他のすべての派生型とは異なり、-5Cは混合排気ノズル[注1]を備えており、わずかに高い効率を提供します。[51]
CFM56-7シリーズ
CFM56-7は1995年4月21日に初運行されました。[65]離陸推力範囲は19,500～27,300 lbf（87～121 kN）で、-600/-700/-800/-900ボーイング737次世代機に搭載されています。CFM56-3と比較して、耐久性が向上し、燃料燃焼が8%改善され、メンテナンスコストが15%削減されています。[66]
改良点は、61インチのチタン製ワイドコードファン、3Dエアロダイナミクス設計による新しいコアと単結晶高圧タービンを備えた低圧タービン、およびフルオーソリティデジタルエンジンコントロール（FADEC）です。[66]ファンブレードは36枚（CFM56-5）から24枚に削減され、オプションとして二重環状燃焼器などのCFM56-5Bの機能が組み込まれています。
次世代737は就航から2年も経たないうちに、米国連邦航空局（FAA）から180分の航続距離延長双発機運用（ETOPS）の認証を受けた。また、ボーイング737の軍用バージョンである早期警戒管制機、C-40クリッパー輸送機、P-8ポセイドン海上航空機にも搭載されている。[66]
サウスウエスト航空1380便の事故後、FAAはボーイング社に対し、7B型のナセルとインレットをパート25の適用規則に準拠するように再設計するよう要求した。[67]提案された規則は2024年1月26日までコメントを受け付ける予定である。この規則では、航空会社は2028年7月31日までに関連する変更を行う必要がある。[68]
信頼性
CFM56の飛行中の停止率は333,333時間あたり1件です。[69]最初のショップ訪問前の飛行時間の記録は、1996年の30,000時間[69] 、 2003年には40,729時間[70]、2016年には50,000時間でした。 [35]
CFM56 ファミリーの初期運用では、航空機の運航停止やエンジンの再設計が必要となるほど深刻なエンジン故障が数回発生しました。また、エンジンは定期的に推力不安定事象に悩まされており、その原因は暫定的にハネウェルの油圧機械ユニットにあると考えられています。
雨や雹の摂取
CFM56 の運用開始当初から、大雨や雹の降る状況でCFM56 エンジンが炎上したという事故がいくつか記録されている。1987 年には、雹の降る状況で二重の炎上が発生した (パイロットはエンジンを再点火できた)。続いて 1988 年にはTACA フライト 110 の事故が発生した。TACA 737 の CFM56 エンジンは両方とも、雹と大雨の中を飛行中に炎上し、乗組員はルイジアナ州ニューオーリンズ近郊の草の茂った堤防にエンジンなしで着陸せざるを得なかった。CFMI は、これらの状況下で燃焼器が連続的に点火するようにセンサーを追加してエンジンを改造した。 [2]
2002年、ガルーダ・インドネシア航空421便は、ひょうによるエンジンのフレームアウトのため川に不時着し、客室乗務員1名が死亡、乗客数十名が負傷した。この事故以前にも、こうした気象条件により、単一または二重のフレームアウトが発生した事故が数件あった。1998年までに3件の事故が発生した後、CFMIはエンジンの改造を行い、ひょうの吸い込みに対するエンジンの対応を改善した。主な変更点としては、ファン/ブースター スプリッターの改造(エンジン コアによるひょうの吸い込みがより困難になる)と、吸気口での円錐形ではなく楕円形のスピナーの使用が挙げられる。これらの変更でも2002年の事故は防げず、調査委員会は、パイロットがエンジンの再始動を試みるための適切な手順に従わなかったことが最終結果につながったと判断した。パイロットにこうした条件への対応方法をよりよく教育し、FAAの雨とひょうのテスト手順を見直すよう勧告された。それ以上のエンジンの改造は推奨されなかった。[71]
ファンブレードの故障
CFM56-3Cエンジンの事故の原因となった問題の1つは、ファンブレードの故障でした。この故障モードは、 1989年のケグワース航空事故につながり、47人が死亡、74人以上が負傷しました。ファンブレードが故障した後、パイロットは誤って別のエンジンを停止し、損傷したエンジンは最終進入のために電源を入れたときに完全に故障しました。ケグワース事故の後、ダンエア737-400とブリティッシュミッドランド737-400に搭載されたCFM56エンジンが同様の状況でファンブレードの故障を経験しましたが、どちらの事故でも墜落や負傷者は出ませんでした。[72] 2回目の事故の後、737-400艦隊は飛行停止となりました。
当時は、既存エンジンの新派生型の飛行試験は義務付けられておらず、認証試験では、高高度で定期的に行われるパワークライミング中にファンが経験する振動モードを明らかにすることができなかった。分析により、ファンは予想以上に、また認証試験よりも厳しい高サイクル疲労応力にさらされていることが明らかになり、これらの高い応力によりブレードが破損した。地上待機から1か月も経たないうちに、ファンブレードとファンディスクが交換され、電子エンジン制御が改造されて最大エンジン推力が23,500 lbf (105 kN) から22,000 lbf (98 kN) に削減され、機体は運用を再開することを許可された。[73]再設計されたファンブレードは、すでに顧客に納入されていた1,800台以上のエンジンを含む、すべてのCFM56-3C1およびCFM56-3B2エンジンに取り付けられた。[2]
2016年8月、サウスウエスト航空3472便はファンブレードの故障に見舞われたが、その後、大きな事故もなく着陸した。機体は大きな損傷を受けたが、負傷者はいなかった。[74]
2018年4月17日、サウスウエスト航空1380便はファンブレードの故障と思われる事故に見舞われ、その破片が窓に穴を開けた。ボーイング737-700は無事着陸したが、乗客1名が死亡し、数名が負傷した。[75] [76]
燃料流量の問題
航空会社は、飛行中のさまざまな時点で突然の推力の不安定化を伴う 32 件の事象を報告しており、これには高度上昇中の高推力設定も含まれます。この問題は長年の懸案事項です。1998 年、737 のパイロット 2 名が、飛行中にエンジン スロットルが突然最大推力まで上昇したと報告しました。ごく最近の調査により、この問題は油圧機械ユニットに起因しており、許容できないレベルの燃料汚染 (水、または燃料中に固形物を生成する生分解性物質を含む粒子状物質)、または細菌の増殖を抑えるための殺生物剤の過剰使用が関係している可能性があるという暫定的な結論に至りました。ボーイングはAviation Week and Space Technologyに対し、CFM International がFADECソフトウェアを改訂したと語りました。新しいソフトウェアは、「燃料監視バルブ (FMV) と EHSV (電気油圧サーボ バルブ) を循環させて EHSV スプールをクリーニングすることで、推力不安定事象の期間と程度を軽減します」。このソフトウェア修正は問題の決定的な解決策となることを意図したものではない。CFMは、この変更が行われた後、それ以上の報告は届いていないと主張した。[77]
起源不明の部品
ブルームバーグによると、欧州の航空規制当局は、ロンドンに本拠を置くAOGテクニクス社（一部の書類では英国人、他の書類ではベネズエラ人として記載されているホセ・サモラ・イララ氏が過半数を所有）が、一部のCFM56の修理のために出所不明の部品と偽造書類を供給したと判断した。[78] [79]
アプリケーション
- エアバス A320 ファミリー
- エアバス A340
- ボーイング707-700（プロトタイプのみ）
- ボーイング 737 クラシック
- ボーイング737次世代
- ボーイングビジネスジェット
- ボーイング E-3D セントリー
- ボーイング E-6 マーキュリー
- ボーイング KC-135R ストラトタンカー
- マクドネル・ダグラス DC-8 スーパー 70
仕様
参照
関連開発
同等のエンジン
関連リスト
注記
- ^ abc 混合排気流とは、高温のコア流と低温のバイパス流の両方を単一の出口ノズルから排出するターボファン エンジン (低バイパスと高バイパスの両方) を指します。コア流とバイパス流は「混合」されています。
- ^ ab 非混合排気流とは、高温のコア流とは別に、低温のバイパス空気を排気するターボファンエンジン（通常は高バイパスだが、これに限らない）を指す。この配置は、外側の幅広のバイパスセクションが通常ナセルの途中で終わり、コアが後方に突き出ているため、視覚的に特徴的である。2 つの独立した排気ポイントがあるため、流れは「非混合」である。
- ^ シェブロンとは、ジェットエンジンの排気ノズルにジェット騒音を低減するために時々適用される鋸歯状の切り欠きの名称である。例はここで見ることができる [1] Archived 5 September 2018 at the Wayback Machine。(写真のエンジンはCFM56ではない。)
- ^ 2 軸エンジンの 低圧シャフトは、低圧タービン(LPT) によって回転するシャフトです。通常、ファン セクションとブースター セクション (「低圧コンプレッサー」とも呼ばれます) は、低圧シャフト上にあります。
- ^ シュラウドは、ファン（またはコンプレッサー、タービン）ブレードの一部であるプレートです。通常、1 つのブレードのシュラウドは隣接するブレードのシュラウドの上に載り、連続したリングを形成します。ブレードの中央のシュラウドは、振動を減衰させるためによく使用されます。ファン ブレードの先端のシュラウドは、先端周辺の空気漏れを最小限に抑えるためによく使用されます。ここでは、ファン ブレードの中央のシュラウドが見えます [2]。（これらのファン ブレードは CFM56 のものではないことに注意してください。）（Gunston, Bill (2004). Cambridge Aerospace Dictionary . Cambridge University Press. 2004. p.558-9.）
- ^ 乾燥重量は、燃料、オイル、油圧作動油などの液体が入っていないエンジンの重量です。自動車の乾燥重量と非常に似ています。
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、 CFM インターナショナル CFM56に関連するメディアがあります。
- 公式サイト
- GEエアロスペースのCFM56
- 「CFM56 が DC-8 を復活させる」。フライト インターナショナル。1981 年 6 月 6 日。
- 「CFM56: パワーと栄光」。フライト・インターナショナル。1999年5月19日。
- 「CFM56-5C2 カットアウェイ」。フライト グローバル。2006 年。
- 「CFM56-7B ハーフカットアウェイビュー」。2024年4月2日。