ゼロステージ

ゼロステージ、時には次のように表記される「0」段^{[ 1 ]}は、ジェットエンジンやその他のガスタービンエンジンの性能を向上させるために、エンジンの前面に追加される圧縮機段です。 ^{[ 2 ]}この追加により、エンジンのコア寸法を変更することなく、サイクル全体の圧力比とコア質量流量の両方を増加させることで、エンジンの効率が向上します。さらなる性能向上が必要な場合は、最初のゼロ段の前に次の段を追加することができ、これをゼロ-ゼロ段と呼びます。

このゼロステージングという技術は、推力を高めたりタービンの作動温度を下げたりするために、他のエンジン改造と組み合わせてよく利用されます。^{[ 3 ]}これは、航空機の重量増加や新しい用途に合わせてエンジンを改造する場合に特に重要です。たとえば、航空機の設計が重量増加に対応するように変更された場合、ゼロステージングは​​エンジンの完全な交換を必要とせずに必要な推力増強を提供することができ、より効率的で費用対効果の高いアップグレードとなります。

エンジンを大幅に再設計することなく既存のエンジンの出力を向上させる他の方法と比較すると、特定のケース、例えばロールス・ロイス/SNECMA M45Hの場合、ゼロ段低圧 (LP) コンプレッサーを使用すると推力が 25% 増加し、改良された高圧 (HP) タービンまたは水噴射を使用すると 10% 増加することがわかっています。^{[ 4 ]}

ライトニング F.1 には15 段のロールス ロイス エイボン エンジンが搭載されていた。カラベル III では、ゼロ段と新しいタービンが追加され (合計 16 段)、カラベル VI ではゼロ ゼロ段が追加され (合計 17^{段) 、}

ミステールIIでは7段のスネクマ・アタールDが使用された。ヴォートゥールとスーパーミステールB.2で使用されたEとGにはゼロ段が追加され（合計8段）、ミラージュIIIで使用されたアタール8と9には2段タービンとともにゼロ-ゼロ段（合計9段）が追加された。^{[ 5 ]}

ロールス・ロイス/スネクマ オリンパス 593は、6 段の低圧コンプレッサーから始まりました。設計段階でコンコルドの重量が増加するにつれて、離陸推力の要求が増加しました。エンジンには、コンプレッサーのゼロ段、再設計されたタービン、部分的な再加熱が加えられました。^{[ 2 ]}

陸上ガスタービンのゼロステージングの例としては、航空機転用型のGE LM2500+ ^{[ 6 ]}や、大型のGE MS5002B ^{[ 7 ]}がある。一部のOEMが採用しているゼロステージングの代替案は、電動モーターで駆動するファンでコンプレッサーを過給することである。^{[ 8 ]}

ゼロステージングは​​、以下の関係によって示されます。

${\displaystyle w_{2}=(w_{2}{\frac {\sqrt {T_{3}}}{P_{3}}})\times ({\frac {P_{3}}{P_{2}}})\times ({\sqrt {\frac {T_{2}}{T_{3}}}})\times ({\frac {P_{2}}{\sqrt {T_{2}}}})\,}$

どこ：

コア質量流量 =${\displaystyle w_{2}\,}$

コアサイズ =${\displaystyle (w_{2}{\frac {\sqrt {T_{3}}}{P_{3}}})\,}$

コア全ヘッド圧力比 =${\displaystyle ({\frac {P_{3}}{P_{2}}})\,}$

コア全熱ヘッド温度比の逆数 =$\displaystyle {\frac {T_{2}}{T_{3}}}\,}$つまり（${\displaystyle {\frac {P_{3}}{P_{2}}}\,}$）

コア入口の全圧力 =${\displaystyle P_{2}\,}$

コア入口の全温度 =${\displaystyle T_{2}\,}$

つまり、増加${\displaystyle {\frac {P_{3}}{P_{2}}}\,}$増加${\displaystyle w_{2}\,}$。

一方、コンプレッサーの後段に段を追加すると、全体の圧力比は向上し、コアサイズは小さくなりますが、コア流量には影響しません。また、この方法では、コンプレッサーを駆動するために、流量容量が大幅に小さいタービンが必要になります。

コンプレッサーをゼロステージ化するということは、シャフトの回転速度を上げることも意味する。

${\displaystyle N_{2}=(N_{2}{\sqrt {T_{3}}})\times {\sqrt {T_{3}}}\,}$

どこ：

HPシャフト速度 =${\displaystyle N_{2}\,}$

HPコンプレッサーの「無次元」速度（出口総温度に基づく）=${\displaystyle (N_{2}{\sqrt {T_{3}}})\,}$

HPコンプレッサー出口全温度 =${\displaystyle T_{3}\,}$

したがって、元のコンプレッサーの「無次元」速度を維持するには、${\displaystyle T_{3}\,}$増加${\displaystyle N_{2}\,}$これは、ブレードとディスクの両方の応力レベルが上昇することを意味する。

元の軸回転速度が維持される場合、ゼロ段を追加することによる圧力比と質量流量の増加は大幅に減少する。

上記の式はHPコンプレッサーのゼロステージングを念頭に置いて記述されていますが、同じアプローチはLPコンプレッサーまたは中間圧力（IP）コンプレッサーにも適用できます。