タービンエンジンの故障

タービンエンジンの故障は、ガスタービンエンジンが燃料切れ以外の故障により予期せず発電を停止した場合に発生します。航空機によく当てはまりますが、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ことがあります。

今日のタービンエンジン搭載航空機に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。エンジンは定期的に点検とメンテナンスを行えば効率的に作動する。これらのユニットの寿命は数万時間に及ぶ。^[1]しかし、飛行中にエンジンを停止しなければならないようなエンジンの故障や不具合が時々発生する。多発エンジンの航空機は1つのエンジンが停止した状態で飛行するように設計されており、飛行乗務員は1つのエンジンが停止した状態で飛行するように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を引き起こすことはない。

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回であると述べたと引用されている。^{[2] [信頼できない情報源]} 一般航空ピストンエンジンの飛行中停止（IFSD）の「大幅な報告不足」のため、FAAは信頼できるデータを持っておらず、その率を「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」と評価した。^[3] コンチネンタルモーターズは、 FAAが一般航空エンジンの故障またはIFSDは10,000飛行時間あたり1回であると述べており、センチュリオンエンジンは20,704飛行時間あたり1回であり、2013年から2014年には163,934飛行時間あたり1回に減少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年には12か月間で651,126時間あたり1回にまで低下しました。^[7]

エンジン停止後、通常は空港の消防救助設備を滑走路近くに配置して予防着陸が行われます。迅速な着陸は、飛行中に別のエンジンが故障するリスク、またはすでに発生したエンジン故障が、飛行に継続的なリスクをもたらす可能性のある、航空機システムの他の未知の損傷または故障 (火災や航空機の飛行制御の損傷など) を引き起こしたか、または引き起こした可能性があるリスクに対する予防策です。航空機が着陸すると、消防署の職員が航空機の点検を手伝い、駐機位置までタキシングする前に航空機が安全であることを確認します。

ターボプロップエンジン搭載の航空機やターボシャフトエンジン搭載のヘリコプターもタービンエンジンを搭載しており、ジェットエンジン搭載の航空機と同じような理由でエンジンが故障する可能性がある。ヘリコプターのエンジンが故障した場合、パイロットはオートローテーションに移行して、動力のないローターを使用して航空機の降下を遅くし、制御手段を提供することがしばしば可能であり、通常はエンジン動力がなくても安全な緊急着陸が可能となる。^[8]

飛行中のエンジン停止のほとんどは無害で、乗客に気付かれない可能性が高い。例えば、コックピットで油圧低下や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が賢明かもしれない。しかし、ジェット機の乗客は、コンプレッサーサージ（エンジンの吸気口と排気管から大きな音が鳴り、炎が上がることで代表される故障）などの他のエンジン事象に非常に不安を感じる可能性がある。コンプレッサーサージは、ガスタービンジェットエンジンを通る気流の乱れであり、エンジンの劣化、エンジン吸気口の横風、エンジン吸気口周辺の氷の蓄積、異物の吸い込み、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可能性があるが、エンジンは損傷すること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、たとえば燃料制御の不具合により、エンジンの燃焼器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り、エンジンの排気管から炎が広がることがあります。これは非常に恐ろしいことのように思えますが、エンジン自体が実際に燃えているわけではありません。^[要出典]

また、エンジンの特定の部品が故障すると、ブリードエアにオイルが漏れ出し、キャビン内に悪臭や油煙が発生することがあります。これはヒューム現象として知られています。ヒューム現象の危険性は、航空と医学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、タービンの一部の損傷やオイル漏れなどのエンジン自体の機械的な問題だけでなく、燃料ポンプの問題や燃料の汚染などのエンジン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、降水や氷結などの気象条件など、完全に外部要因によって引き起こされることもあります。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ことを保証するために設計されている。これは、3つの重要なV速度、V1、VR、V2を中心に離陸を計画することによって行われる。V1は重要なエンジン故障認識速度、エンジン故障でも離陸を続行できる速度、および離陸を拒否した場合に停止距離が保証されなくなる速度である。VRは機首が滑走路から持ち上がる速度で、回転と呼ばれるプロセスである。V2は単発エンジンの安全速度、単発エンジンの上昇速度である。^[12]これらの速度を使用することで、離陸を続行するのに十分な推力、または離陸を拒否するのに十分な停止距離が常に確保される。^[要出典]

双発機が適切な迂回空港から1時間以上離れた長距離路線を飛行できるようにするため、ETOPS（拡張双発運用性能基準）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迂回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できることが保証されています。ETOPSには、頻繁で綿密に記録された検査などのメンテナンス要件と、飛行乗務員のトレーニングやETOPS固有の手順などの運用要件が含まれています。^[13]

エンジンの故障は、「封じ込められた」または「封じ込められなかった」のいずれかに分類されます。

• 封じ込め型エンジン故障とは、エンジン内部の回転部品がすべてエンジンケース内に残っているか埋め込まれている（エンジンの一部である封じ込め包装を含む）、またはテールパイプ^{[14]または空気取り入れ口[15]}からエンジンから排出される故障です。
• エンジンの故障により、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漏れ出すと、エンジンの封じ込め不能事象が発生します。

エンジン故障が封じ込められた場合と封じ込められなかった場合の非常に具体的な技術的区別は、米国連邦航空規則のパート33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、タービン航空機エンジンはローターブレードの故障による損傷を封じ込めるように設計することが常に求められている。 ^[15]パート33では、エンジン製造業者は、ブレードの分離が発生した場合に破片の封じ込めを確実にするためにブレードオフテストを実行することが義務付けられている。 ^[16]入口または排気口から出るブレードの破片は依然として航空機に危険をもたらす可能性があり、航空機設計者はこれを考慮する必要がある。^[15]名目上封じ込められたエンジン故障でも、エンジン部品がエンジン入口または出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、エンジン部品が航空機から離脱する可能性がある。入口から出るファンブレードの破片は、ファンブレードの破片の残留運動エネルギーによる変形により、入口ダクトなどの機体部品やエンジンナセルの他の部品が航空機から離脱する原因となることもある。

故障した回転部品の封じ込めは、高エネルギー、高速の相互作用を伴う複雑なプロセスであり、多数の局所的および遠隔的なエンジン部品（故障したブレード、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）が関与します。故障イベントが始まると、ランダムな性質の二次イベントが発生する可能性があり、その経過と最終的な結末は正確に予測できません。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、ケーシングラブストリップ、および封じ込め構造の変形やたわみなどがあります。^[15]

航空機エンジン内のタービンエンジンディスクの非封じ込め故障は、高エネルギーのディスク破片がキャビンや燃料タンクを貫通したり、飛行制御面を損傷したり、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、故障したタービンディスクを封じ込めるようには設計されていません。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、非封じ込めディスク故障のリスクを軽減します。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として定義されます。^[17]

• ナショナル航空27便：1973年にマイアミからサンフランシスコへ飛行中のマクドネル・ダグラスDC-10で、ゼネラル・エレクトリックCF6-6の速度超過による故障が発生し、1名が死亡した。^[18]
• 1980年代には、 LOTポーランド航空のイリューシンIl-62便2便が、制御不能なエンジン故障という悲惨な事故に見舞われた。最初は1980年のLOTポーランド航空7便で、操縦装置が破壊され、乗客乗員87名全員が死亡した。1987年のLOTポーランド航空5055便では、機体の左内側（#2）エンジンの故障により左外側（#1）エンジンが損傷し、両方から炎上して操縦装置が失われ、乗客乗員183名全員が死亡する墜落事故に至った。どちらの場合も、エンジン#2のタービンシャフトは、ローラーが欠落していたエンジンベアリングの製造欠陥により崩壊した。^[19]
• クラスノヤルスク近郊のTu -154墜落事故は、 1984年12月23日日曜日、クラスノヤルスク近郊で発生した大規模な航空機墜落事故である。第1クラスノヤルスク統合航空部隊（アエロフロート）のTu-154B-2旅客機は、クラスノヤルスク-イルクーツク路線でSU-3519旅客飛行を行ったが、上昇中に3番エンジンが故障した。乗務員は出発空港に戻ることを決定したが、着陸進入中に火災が発生し、制御システムが破壊され、その結果、飛行機はエメリャノヴォ空港の滑走路端から3200メートルの地面に墜落して倒壊した。搭乗していた111人（乗客104人、乗務員7人）のうち、1人が生き残った。この大惨事の原因は、疲労亀裂の存在により発生した、エンジンNo.3の低圧回路の第1段のディスクの破損でした。この亀裂は、元の材料よりも微小硬度が高いチタン窒素化合物の混入という製造上の欠陥が原因でした。当時、ディスクの製造と修理に使用されていた方法、および制御手段は部分的に時代遅れであることが判明したため、このような欠陥の制御と検出の有効性が保証されませんでした。欠陥自体は、おそらくチタンスポンジまたは窒素を豊富に含むインゴットの精錬に使用された装入物の誤飲が原因で発生しました。
• カメルーン航空786便： 1984年、カメルーンのドゥアラとガルア間を飛行中のボーイング737でプラット・アンド・ホイットニーJT8D -15エンジンが故障。2名が死亡した。^[20]
• ブリティッシュ・エアツアーズ28M便：1985年、マンチェスターからコルフ島へ向かうボーイング737型機が離陸時に制御不能なエンジン故障と火災に見舞われた。離陸は中止され、飛行機は誘導路に転向して避難を開始した。乗客と乗員55人は脱出できず、煙を吸い込んで死亡した。この事故により、航空機避難の生存率を向上させるための大きな変更が行われた。^[21]
• ユナイテッド航空 232 便: 1989 年にデンバーからシカゴへ飛行中のマクドネル ダグラス DC-10。後部のゼネラル エレクトリック CF6-6エンジンの故障によりすべての油圧装置が機能しなくなり、パイロットは差動推力を使用して着陸を試みざるを得なくなった。死者は 111 人。この墜落事故以前は、3 つの油圧システムが同時に故障する確率は 10 億分の 1 と低いと考えられていた。しかし、統計モデルでは、油圧ラインに近い尾部に搭載された第 2 エンジンの位置や、さまざまな方向に飛散した破片の結果が考慮されていなかった。それ以来、航空機エンジンの設計では、破片がカウリングやダクトを突き破らないようにすることに重点が置かれ、重量を抑えながら貫通抵抗を実現するために高強度複合材料がますます使用されるようになった。^{[出典が必要]}
• バイカル航空130便：1994年、イルクーツクからモスクワのドモジェドヴォに向かっていたTu-154の第2エンジンのスターターが始動後に停止せず、エンジンのブリードバルブが開いた状態で40,000rpm以上で作動し続け、スターターの制御不能な故障を引き起こした。外れたタービンディスクが燃料とオイルの供給ライン（火災の原因）と油圧ラインを損傷した。消火システムは火災を止められず、飛行機はイルクーツクに引き返した。しかし、油圧の喪失により乗組員は飛行機の制御を失い、その後飛行機は酪農場に墜落し、乗客124人全員と地上の1人が死亡した。^{[22] [23]}
• バリュージェット 597: 1995 年 6 月 8 日にハーツフィールド ジャクソン アトランタ国際空港から離陸したDC-9-32で、腐食したディスクの検査が不十分だったため、第 7 段高圧コンプレッサー ディスクのエンジンが制御不能に陥りました。その結果、破裂してジェット燃料が客室内に流れ込み、発火し、火災によりジェット機は廃棄されました。
• デルタ航空1288便： 1996年にフロリダ州ペンサコーラからアトランタへ飛行中のマクドネル・ダグラスMD-88で、プラット・アンド・ホイットニーJT8D -219エンジンの1つで圧縮機ローターハブに亀裂が発生し、2名が死亡した。^[24]
• TAM 9755 便: 2001 年 9 月 15 日にレシフェ/グアララペス – ジルベルト フレイレ国際空港からサンパウロ/グアルーリョス国際空港に向けて出発したフォッカー 100で、制御不能なエンジン故障が発生しました (ロールスロイス RB.183 Tay)。エンジンの破片が客室の窓 3 枚を粉砕し、減圧を引き起こして乗客 1 名が機外に引きずり出されました。別の乗客が着陸するまで乗客を支えましたが、窓から吹き飛ばされた乗客は死亡しました。
• カンタス航空32便：2010年にロンドン・ヒースロー空港からシンガポール経由でシドニーへ飛行中のエアバスA380で、ロールスロイス・トレント900エンジンに制御不能な故障が発生した。故障の原因は、スタブオイルパイプ内のカウンターボアの位置ずれによる疲労破壊であることが判明した。これが次にオイル漏れを引き起こし、エンジン内でオイル火災が発生した。火災により中圧タービン（IPT）ディスクが放出された。しかし、飛行機は安全に着陸した。これにより、カンタス航空のA380全機が運航停止となった。^[25]
• ブリティッシュ・エアウェイズ2276便：2015年にラスベガスからロンドンへ飛行中のボーイング777-200ER型機が離陸中にGE90エンジン1番の制御不能な故障に見舞われ、左舷側で大規模な火災が発生した。同機は無事に離陸を中止し、死者は出ずに避難した。^[26]
• アメリカン航空383便： 2016年にシカゴからマイアミへ飛行中のボーイング767-300ER型機が離陸中に第2エンジン（ゼネラル・エレクトリックCF6）の制御不能なエンジン故障に見舞われ、大規模な火災が発生し右翼外側が破壊された。同機は離陸を中止し、21人が軽傷を負ったが死亡者はいなかった。^[27]
• エールフランス66便：フランスのパリからアメリカのロサンゼルスへ飛行中のエアバスA380 、登録記号F-HPJEは、2017年にグリーンランドのヌークの南東約200海里（230マイル、370キロ）の地点で壊滅的なエンジン故障に見舞われた（ゼネラルエレクトリック/プラット・アンド・ホイットニーエンジンアライアンスGP7000）。乗務員は機体を降ろし、カナダのグースベイに迂回して、約2時間後に安全に着陸した。^[28]

この記事には、米国国家運輸安全委員会の出版物からのテキストが含まれています。出版物は、こちらからご覧いただけます [1] 米国連邦政府の著作物であるため、情報源はパブリックドメインであり、USC Title 17、Chapter 1、§105に従って自由に改変できます ( Wikipedia:パブリックドメインを参照)。