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コンプレッサストールとは、ガスタービンまたはターボチャージャーのコンプレッサ内部における空気の流れが局所的に乱れる現象です。コンプレッサ内部の空気の流れが完全に途絶えるストールは、コンプレッササージと呼ばれます。この現象の深刻度は、エンジン計器にほとんど感知されない瞬間的な出力低下から、サージ発生時の圧縮の完全な喪失まで様々で、後者の場合は燃料流量の調整によって正常な運転状態に戻す必要があります。
初期のジェットエンジンは、単純な空力特性と手動または機械式の燃料制御装置を備えていたため、コンプレッサーストールはよく見られる問題でしたが、設計の改善と、フルデジタルエンジン制御（FADEC）などの油圧機械式および電子制御システムの採用により、事実上解消されました。現代のコンプレッサーは、エンジンの運転範囲内でストールを回避または抑制するように、綿密に設計および制御されています。
コンプレッサーのストールには、以下の2種類があります。
回転失速とは、圧縮機内部の空気の流れが局所的に乱れる現象で、圧縮空気は供給され続けるものの、効率が低下します。回転失速は、翼のごく一部で流れの剥離が発生し、圧縮機を不安定にすることなく局所的な空気の流れが乱れることで起こります。失速した翼は、流れの方向に移動するのではなく、圧縮機の円周に沿って回転する、比較的停滞した空気のポケット（失速セルと呼ばれる）を作り出します。部分翼幅失速では、流れの剥離は翼の最も外側の部分でのみ発生しますが、全翼幅失速では、流れは翼の全長にわたって剥離します。
失速セルはローターブレードと共に回転しますが、ローターの回転速度より遅くなります。部分スパン失速では、失速セルは通常、回転速度の 50 ～ 70% で回転しますが、全スパン失速では、失速セルの数は部分スパン失速よりも少なく、回転速度も遅く、通常、ローターの回転速度の 20 ～ 40% です。失速セルは、ローターの周囲で後続の翼形に、セルに遭遇するたびに影響を与えます。流れ経路環状部における不安定性の伝播は、失速セルの閉塞によって隣接するブレードに迎角スパイクが発生することによって駆動されます。隣接するブレードは迎角スパイクの結果として失速し、ローターの周囲で失速セルの「回転」を引き起こします。軸対称の安定した局所失速も発生する可能性があり、これは圧縮機ディスクの全周を覆いますが、半径方向平面の一部のみを覆い、圧縮機の残りの面は通常の流れが流れ続けます。
回転失速は、外部擾乱によって一時的に発生する場合もあれば、コンプレッサーが失速領域と非失速領域の間で動作平衡に達することで安定的に発生する場合もある。局所的な失速は、コンプレッサーの効率を大幅に低下させ、影響を受ける領域で失速セルに遭遇する翼型にかかる構造負荷を増加させる。しかし多くの場合、コンプレッサーの翼型は、通常の気流への擾乱を吸収する能力がないほど限界負荷状態にあるため、元の失速セルが隣接する領域に影響を与え、失速領域が急速に拡大してコンプレッサー全体に影響を及ぼす。
軸対称失速（より一般的にはコンプレッササージ、または圧力サージとして知られている）とは、圧縮が完全に崩壊し、流れが逆転して、圧縮された空気がエンジンの吸気口から激しく排出される現象です。これは、コンプレッサが背後の既に圧縮された空気に対して動作を継続できなくなるために発生します。コンプレッサは、圧力上昇能力の限界を超える状態になるか、瞬間的な外乱を吸収する能力がないほど負荷が高くなると、回転失速が発生し、それが1秒以内にコンプレッサ全体に伝播する可能性があります。
エンジン圧力比がコンプレッサーが安定した空気の流れを維持できるレベルまで低下すると、コンプレッサーは正常な流れに戻ります。しかし、失速を引き起こした条件が残っている場合、安定した空気の流れが戻ると、サージ時の条件が再現され、プロセスが繰り返されます。 [ 2 ]このような「ロックイン」または自己再現失速は特に危険で、非常に高いレベルの振動によりエンジンの摩耗が加速し、損傷が発生する可能性があり、コンプレッサーとステーターの羽根が破損して吸い込まれ、下流のエンジン部品が破壊されることで、エンジンが完全に破壊される可能性もあります。
コンプレッサーは、一定の圧力比までは安定した状態で空気を送り出します。この値を超えると、流れが途切れて不安定になります。これは、コンプレッサーマップ上のサージラインと呼ばれる箇所で発生します。エンジン全体は、コンプレッサーマップ上の運転ラインと呼ばれる箇所で、サージ圧力比よりわずかに低い圧力比でコンプレッサーが作動するように設計されています。この2つのライン間の距離は、コンプレッサーマップ上のサージマージンと呼ばれます。エンジンの運転中に、サージ圧力比を下げたり、運転圧力比を上げたりする様々な事象が発生する可能性があります。この2つが一致すると、サージマージンがなくなり、前述のセクションで説明したように、コンプレッサーの段が停止したり、コンプレッサー全体がサージしたりする可能性があります。
以下の症状は、重度の場合、エンジンの失速や急加速を引き起こす可能性があります。
圧縮機の軸対称失速、すなわち圧縮機サージは、エンジンから1回または複数回の非常に大きな爆発音が発生するため、すぐに識別できます。この種の圧縮機失速時には、エンジンから炎の噴流が噴出するという報告がよくあります。これらの失速には、排気ガス温度の上昇、失速した圧縮機による仕事量の大幅な減少によるローター回転速度の上昇、そして 多発機の場合は推力の喪失による影響を受けたエンジンの方向へのヨーイングが伴うこと があります。
コンプレッサーストールへの適切な対応は、エンジンの種類や状況によって異なりますが、通常は影響を受けたエンジンの推力を直ちに、かつ徐々に減少させることです。高度な制御ユニットを備えた最新のエンジンは、多くのストール原因を回避できますが、ジェット機のパイロットは、対気速度を落としたりスロットルを上げたりする際に、この点を常に考慮する必要があります。
コンプレッサーの失速防止システムは、コンプレッサーの失速を防ぐために不要な空気を自動的に排出するコンプレッサーのブリードシステムです。[ 5 ]失速防止の他の方法としては、ケーシングの先端に失速防止処理を施す方法などがあります。[ 6 ]
ロールス・ロイスのエイボン・ターボジェットエンジンは、1940年代の初期開発段階で、コンプレッサーのサージ現象が繰り返し発生し、設計から排除するのが困難であることが判明した。このエンジンの重要性と緊急性が非常に高かったため、ロールス・ロイスは開発を加速させる目的で、アームストロング・シドレーからサファイアエンジンのコンプレッサー設計のライセンスを取得した。
改良されたエンジンは、イングリッシュ・エレクトリック社のライトニング戦闘機、イングリッシュ・エレクトリック社のキャンベラ爆撃機、そしてデ・ハビランド社のコメットやシュド・アビアシオン社のカラベルといった旅客機に搭載された。
1960年代のコンコルド超音速輸送機（SST）の開発中に、コンプレッサーのサージによって吸気口の構造が破損するという重大な事故が発生した。コンプレッサーから前方に伝播した衝撃波は、吸気口のランプが分離して吸気口の前面から排出されるほどの強さであった。[ 7 ]ランプ機構が強化され、制御法則が変更されて再発防止策が講じられた。[ 8 ]
1994年にアメリカ海軍初の女性空母艦載戦闘機パイロット、カラ・ハルトグリーン中尉が死亡した事故は、コンプレッサーストールが一因となった。彼女の搭乗機であるグラマンF-14トムキャットは、ハルトグリーン中尉が誤った最終進入位置から回復しようとして横滑りを行ったことで気流が乱れ、コンプレッサーストールが発生し、左エンジンであるプラット・アンド・ホイットニーTF30ターボファンが故障した。過度のヨー角によるコンプレッサーストールは、このタイプのエンジンの既知の欠陥であった。
1977年にサザン航空242便（マクドネル・ダグラスDC-9-9-31型機）がジョージア州上空の雷雨セルに突入中に墜落した事故は、大量の水と雹を吸い込んだことによるコンプレッサーストールが原因とされた。ストールによって、搭載されていたプラット・アンド・ホイットニーJT8D-9ターボファンエンジン2基のブレードが固定翼に衝突した。ストールは非常に激しく、エンジンが破壊されたため、乗務員は公道への緊急着陸を余儀なくされ、乗客62名と地上の8名が死亡した。
1997年12月6日、ロシアのイルクーツク第2空港から離陸直後に墜落したアントノフ124輸送機が破壊された。滑走路14から離陸して3秒後、高度約5メートル（16フィート）で3番エンジンが急激に加速した。高迎角で上昇する中、1番エンジンと2番エンジンも急激に加速し、機体は滑走路の端から約1,600メートル（5,200フィート）先に墜落した。住宅街の複数の家屋に激突し、搭乗していた23人全員と地上の45人が死亡した。[ 9 ]
1967年11月6日、当時グレーター・シンシナティ空港と呼ばれていた空港から離陸滑走中のTWA159便（ボーイング707型機）は、滑走路端から数フィート離れた土砂に埋まっていたデルタ航空379便（マクドネル・ダグラスDC-9型機）を追い越した。TWA機の副操縦士は大きな爆発音を聞いたが、これはデルタ379便が追い越した際に排気ガスを吸い込んだことによるコンプレッサーストールだったことが後に判明した。衝突が起きたと考えた副操縦士は離陸を中止した。速度が速かったため、TWA機は滑走路をオーバーランし、乗客29人のうち11人が負傷、うち1人は4日後に負傷が原因で死亡した。
1991年12月、ストックホルムからコペンハーゲンへ向かっていたスカンジナビア航空751便（マクドネル・ダグラスMD-81型機）は、離陸直後に氷の吸入によりコンプレッサーストールが発生し、両エンジンが停止したため墜落した。離陸上昇中にパイロットが出力を下げないように設計された新設の自動スロットルシステムにより、パイロットがサージを認識して出力を下げるよう指示したが、システムがこれを阻止したため、エンジンが損傷し、最終的にエンジンが完全に停止した。旅客機は森林の空き地に不時着し、死者は出なかった。
ジェットエンジン ― ロールス・ロイス社、1995年。ISBN 0-902121-23-5。