タービンエンジンの故障

タービンエンジンの故障とは、燃料切れ以外の原因でガスタービンエンジンが予期せず発電を停止する状態を指します。これは航空機によく見られる現象ですが、発電所で使用される地上設置型タービンや、ディーゼルとガスを組み合わせた船舶や車両など、他のタービンエンジンでも故障する可能性があります。

今日のタービンエンジン搭載航空機で使用されているタービンエンジンは非常に信頼性が高い。定期的な点検とメンテナンスにより、エンジンは効率的に作動する。これらのユニットの寿命は数万時間に及ぶ。^{[ 1 ]}しかし、エンジンの誤作動や故障が時折発生し、飛行中にエンジンを停止する必要が生じる。多発機は1基のエンジンが停止しても飛行できるように設計されており、乗務員はその状況に対応できるよう訓練されているため、飛行中のエンジン停止は通常、飛行の安全性に重大な問題とはならない。

連邦航空局（FAA）は、タービンエンジンの故障率は375,000飛行時間あたり1回であるのに対し、航空機用ピストンエンジンの故障率は3,200飛行時間あたり1回であると述べていると伝えられている。^{[ 2 ]} 一般航空機用ピストンエンジンの飛行中停止（IFSD）の「大幅な過少報告」のため、FAAは信頼できるデータを持っておらず、その発生率を「1,000飛行時間あたり1回から10,000飛行時間あたり1回の間」と評価している。^{[ 3 ]}コンチネンタルモーターズは、FAAが一般航空機用エンジンの故障またはIFSDの発生率は10,000飛行時間あたり1回であると述べており、同社のセンチュリオンエンジンの故障率は20,704飛行時間あたり1回であり、2013～2014年には163,934飛行時間あたり1回に低下したと報告している。^{[ 4 ]}

ゼネラル・エレクトリック GE90 の飛行中停止率 (IFSD) は、エンジン飛行時間 100 万時間あたり 1 回です。^{[ 5 ]} プラット・アンド・ホイットニー・カナダ PT6は信頼性が高く、 1963 年から 2016 年までの飛行中停止率は333,333時間あたり 1 回でしたが、 ^{[ 6 ]} 2016 年の 12 か月で651,126時間あたり 1 回に低下しました。^{[ 7 ]}

飛行中のエンジン停止のほとんどは無害で、乗客は気づかないことが多い。たとえば、操縦室で油圧低下または油温上昇の警告が出た場合、乗務員がエンジンを停止して予防着陸を行うのは賢明な判断かもしれない。しかし、ジェット機の乗客は、コンプレッササージなどの他のエンジン事象には非常に不安になる可能性がある。コンプレッササージは、エンジンの吸気口や排気管から大きな爆発音や炎が出るのが特徴的な故障である。コンプレッササージは、ガスタービンジェットエンジンを通る空気の流れの乱れであり、エンジンの劣化、エンジンの吸気口への横風、エンジンの吸気口周辺の氷の蓄積、異物の吸入、またはブレードの破損などの内部部品の故障によって引き起こされる可能性がある。この状況は不安になるかもしれないが、エンジンは損傷なく回復する可能性がある。^{[ 9 ]}

ジェットエンジンで発生する可能性のあるその他の事象としては、燃料制御の不具合などがあり、その結果、エンジンの燃焼器内に過剰な燃料が供給されることがあります。この余分な燃料によって、エンジンの排気管から炎が噴き出すことがあります。これは非常に危険な状況に見えますが、エンジン自体が実際に燃え上がることは決してありません。

また、エンジンの特定の部品の故障により、オイルがブリードエアに放出され、キャビン内に異臭や油っぽい霧が発生することがあります。これはヒュームイベントとして知られています。ヒュームイベントの危険性は、航空業界と医療業界の両方で議論の対象となっています。^{[ 10 ]}

エンジンの故障は、タービンの一部損傷やオイル漏れなど、エンジン自体の機械的な問題だけでなく、燃料ポンプの故障や燃料の汚染など、エンジンの外部の損傷によっても引き起こされる可能性があります。タービンエンジンの故障は、火山灰、鳥の衝突、降水や着氷などの気象条件など、完全に外部の要因によっても引き起こされる可能性があります。このような気象リスクは、補助点火システムや防氷システムの使用によって対処できる場合があります。^{[ 11 ]}

タービンエンジン搭載航空機の離陸手順は、エンジン故障が飛行を危険にさらさないように設計されています。これは、V1、VR、V2 という 3 つの重要なV 速度を中心に離陸を計画することによって行われます。V1 は重要なエンジン故障認識速度であり、エンジン故障時に離陸を継続できる速度であり、離陸中止の場合に停止距離が保証されなくなる速度です。VR は、機首が滑走路から離れる速度であり、回転と呼ばれるプロセスです。V2 は、片発エンジンの安全速度、つまり片発エンジンの上昇速度です。^{[ 12 ]}これらの速度を使用することで、離陸を継続するのに十分な推力、または離陸を中止するのに十分な停止距離が常に確保されます。

双発機が適切な代替空港から1時間以上離れた長距離ルートを飛行できるようにするため、ETOPS（拡張双発機運用性能基準）と呼ばれる一連の規則が使用され、双発タービンエンジン搭載機がエンジン故障または停止後に代替空港に安全に到着できること、および故障のリスクを最小限に抑えることが保証されます。ETOPSには、頻繁かつ綿密に記録された点検などの整備要件と、乗務員の訓練やETOPS固有の手順などの運用要件が含まれます。^{[ 13 ]}

エンジンの故障は、「封じ込め型」または「非封じ込め型」に分類される。

• エンジンの密閉型故障とは、エンジンケース（エンジンの一部である密閉用ラッピングを含む）内にすべての内部回転部品が留まるか埋め込まれるか、または排気管^{[ 14 ]または吸気口[ 15 ]}からエンジンから排出される故障のことである。
• 非封じ込め型エンジン故障とは、回転するエンジン部品の破片がエンジンケースを貫通して外部に漏れ出す故障のことである。

エンジン故障が内部に閉じ込められているか、閉じ込められていないかという非常に具体的な技術的区別は、米国連邦航空規則第33部に基づく航空機エンジンの設計、試験、認証に関する規制要件に由来しており、同規則では、タービン航空機エンジンはローターブレードの破損による損傷を閉じ込めるように設計する必要があると常に規定されている。^{[ 15 ]}第33部では、エンジンメーカーは、ブレード分離が発生した場合に破片が閉じ込められることを確認するために、ブレードオフ試験を実施する必要がある。 ^{[ 16 ]}吸気口または排気口から出るブレードの破片は、航空機に危険をもたらす可能性があり、航空機の設計者はこれを考慮する必要がある。^{[ 15 ]}エンジン部品がエンジンの吸気口または排気口の既存の開口部から出て、エンジンケースの封じ込めに新しい開口部を作らない限り、名目上は内部に閉じ込められているエンジン故障でも、エンジン部品が航空機から出る可能性がある。吸気口から飛び出したファンブレードの破片は、その破片の残留運動エネルギーによる変形によって、吸気ダクトやエンジンナセルなどの機体部品を機体から脱落させる可能性もある。

回転部品の破損を封じ込めることは、多数の局所的および遠隔的に配置されたエンジン部品（破損したブレード、他のブレード、封じ込め構造、隣接するケース、ベアリング、ベアリングサポート、シャフト、ベーン、外部に取り付けられた部品など）の高エネルギー、高速の相互作用を伴う複雑なプロセスです。破損事象が始まると、その経過と最終的な結果を正確に予測できないランダムな性質の二次事象が発生する可能性があります。封じ込めに影響を与えることが観察されている構造的相互作用には、ブレード、ケース、ローター、フレーム、インレット、ケーシング摩擦ストリップ、および封じ込め構造の変形および/またはたわみなどがあります。^{[ 15 ]}

航空機エンジン内部でタービンエンジンディスクが破損すると、高エネルギーのディスク破片が客室や燃料タンクを貫通したり、操縦翼面を損傷したり、可燃性流体や油圧ラインを切断したりする可能性があるため、航空機とその乗務員および乗客に直接的な危険をもたらします。^{[ 17 ]}エンジンケースは、破損したタービンディスクを封じ込めるように設計されていません。その代わりに、ディスクを安全上重要な部品として指定することで、ディスクの破損によるリスクを軽減しています。安全上重要な部品とは、故障すると航空機に直接的な危険をもたらす可能性のあるエンジン部品のことです。^{[ 17 ]}

この記事には、米国国家運輸安全委員会の出版物からの抜粋が含まれています。その出版物はこちらからご覧いただけます。この資料は米国連邦政府の著作物であるため、パブリックドメインに属し、米国法典第17編第1章第105条に基づき自由に改変することができます（Wikipedia:パブリックドメインを参照）。