皆さんこんにちは！
今日は、航空機の新しいエンジンについて紹介します。
その名もＷＥＴ（ウエット）エンジンです！それでは見ていきましょう。
ＷＥＴ（ウエット）エンジン
MTU と プラット&ホイットニィｰ（Ｐ&Ｗ） は本日、Pratt & Whitney GTF に
基づく高度なエンジン コンセプトを開発する EU クリーン スカイ プロジェクト
を発表しました。
Pratt & Whitney GTFとは、エアバス320neoなどの最新のエンジンテクノロジィ
です。
このプロジェクトは、SWITCH と呼ばれます。これは、Sustainable Water
–Injecting Turbofan Comprising Hybrid-Electrics の頭字語です。
このプロジェクトには 11 か国から企業が参加しており、その中には Pratt & Whitney
の姉妹会社である Collins aerospace、GKN のスウェーデンの部署、および Airbus が
含まれます。
マイルドなパラレル ハイブリッド 構造を備えたこのエンジンは、気化器を介して
コア排気を駆動することにより、ターボファン燃料からより多くのエネルギーを抽出
します。気化器では、コア排気からより多くの熱を回収します (図 1. コア排気から
抽出された排気からの水)。凝縮器で気化器によって蒸気に加熱され、ファンを共同
駆動する蒸気タービンを駆動します。蒸気は最終的に燃焼器に注入され、排出量が
削減されます。
WET サイクルは、現在の GTF と比較して効率が約 10% 向上します。このコンセプト
には、主に低排出ガスのタクシーに使用されるハイブリッド パーツも含まれています。
水で強化されたターボファンのコンセプトは、エンジンの排気から水蒸気を回収し、
それを燃焼室に再注入することで、燃料効率を改善し、排出ガスを削減することが
できます。(画像: MTU エアロ エンジン)
スイッチエンジン
SWITCH プロジェクトは、複数の参加企業を持つヨーロッパのクリーン スカイ
プロジェクトです。図 2. ヨーロッパの企業である MTU がリードしています。
合計で、11 か国の業界パートナーと大学がプロジェクトに関与しています。
2023 年から 2025 年までの第 1 部では、WET エンジン コンポーネントを開発し
プラット & ホイットニー/コリンズが STEP プロジェクトで取り組んだハイブリッ
ド技術と、デ ハビランド カナダとの地域ターボプロップ デモンストレーターを
さらに開発します。
ＭＴＵとは？
ＭＴＵとは、ドイツのエンジンメーカーです。その歴史は、1913 年にカール
ラップがミュンヘンのオーバーヴィーゼンフェルトに設立し、航空機エンジン
工場を立ち上げました。そして、ＢＭＷやベンツのエンジンを製造し、1936年
から航空機エンジンを製造しています。代表的なのは、戦闘機のファントムの
エンジンＪ７９やトーネード、エアバスなど数々のエンジンを手がけています。
WET エンジン、主なイノベーション
このプロジェクトの主なイノベーションは、ガスタービンの燃焼プロセスで生成
された水を使用してエンジン効率を高める WET エンジンの原理です。燃焼ガスは
バイパス ストリームに配置されたコンデンサーに送られ 、そこで水が凝縮されて
抽出されます (図 3)。
次に、水は気化器に送られ、そこでコア排気からの熱が水を蒸気に変換し、エンジン
の低いスプールに取り付けられた蒸気タービンを駆動します。したがって、排気中
のコアの残りの熱は、低スプールとファンに電力を追加するために使用されます。
コアの排気ガスからの熱のより完全な抽出により、エンジンの効率が向上します。
蒸気タービンの後、水は蒸気として燃焼器に送られ、燃焼温度を下げるために
噴射されます。燃焼温度が低いと、NOx の生成が最大 80% 減少します。水による
質量の増加により、燃焼ガスのエネルギーレベルが高くなり、タービンからより多
くの電力を引き出すことができます。
このコンセプトでは、再循環量を管理できるため、飛行機雲の生成も抑えられ、
余分な水は復水器の後に大気中に放出できます。
マイルドなハイブリッド
ハイブリッド部分はアドオン（ソフトウェアへ新たな機能を追加するための
プログラム）省エネ部分です。地上停止中は、機体のバッテリーが充電されます。
このエネルギーは、低いスプールで並列に動作するモータージェネレーターを
介してファンを駆動するために使用されます (図 4)。
タキシングと離陸は、航空機のバッテリーに蓄えられたエネルギーを消費します。
したがって、残りの飛行中の機能は、バッテリーのエネルギーの残りで（コンプ
レッサーのより積極的なスケジューリングを可能にすることによって）出力の変
更中にエンジンを支援することです。
この段階でのスプール出力はそれぞれ 20MW を超え、モーター ジェネレーターは
1MW (ロー スプール) と 0.5MW (ハイ スプール) であるため、離陸時のアシスト
は控えめです。
クルーズでは、エンジンのバリエーションに応じて、スプールにそれぞれ 5 ～ 7 MW
が必要です。モーターは、ブースター/ファン シャフトの電力の最大 20% に貢献する
可能性がありますが、これらのフェーズで貢献できるほど十分なエネルギーを備えた
バッテリーを使用する可能性はないと思います。
地上走行と離陸には最低でも 1,000 kWh のバッテリーが必要で、その重量は約 4
トンになるため、上昇と巡航用のエネルギーを持つバッテリーは問題外です (推進
システム全体よりも重くなります)。
ガスタービンはモータージェネレーターを介してバッテリーを充電できませんでした
か? はい、しかし何度か議論したように、航空機のガスタービンでバッテリーを充電
することはほとんど意味がありません。ファンを直接駆動する場合と比較して、
発電機 – 配電 – バッテリー – 配電 – インバーター – モーター – ファンのチェーンで
10% 以上の損失が追加されます。
実際、ハイブリッドは、ガスタービンを使用して直接仕事をする場合と比較して、
航空機の燃料消費量と CO2 排出量を増加させます。
航空機統合の側面
ハイブリッド部分には、航空機内の配電システムと推進用バッテリーが必要です
(図 5)。エアバスは、プロジェクトのこれらの部分の統合面を担当しています。
WETを組み込むと、GTFエンジンの質量は3tから約4.5tに増加します。そのため、
エンジンの質量は 6 トンから 9 トンになります。ハイブリッド部分は、バッテリー
のサイズにもよりますが、この数値にさらに 5 トン追加されます。
エネルギー効率と排出量
WET 技術は、燃料消費量を約 10% 削減し、CO2 排出量を削減すると予測されて
います。また、エンジンの NOx 排出量を約 80% 削減し、飛行機雲の生成を減らし
ます。
このプロジェクトの目標は、エアバス A320/A321 に動力を供給している現在の
GTF ターボファンと比較して、燃料を最大25% 節約し、それによって CO2 排出量
を削減することです。
残りの 15% がどこから来るのかは、プロジェクトが説明することです。滑走中
(必要なすべてのファン パワーを提供する) および離陸中にアクティブなハイブリッド
パーツから発生することはできません。
まとめ
WET エンジンのコンセプトは興味深いアイデアであり、Jet-A1、SAF、または
水素燃焼エンジンにも同様に適用できます。
SAFは「Sustainable（持続可能な）Aviation（航空）Fuel（燃料）」の略で、
「持続可能な航空燃料」を意味します。
SAFの原料は植物や藻類、廃材などの木質系セルロース、飲食店や家庭などから
排出される廃食用油、廃棄される動物の脂などです。たとえば日本の航空会社では、
ユーザーや企業の協力のもと綿の衣料品を集め、それらを原料にしたSAFの製造に
挑戦・成功しています。このように、SAFはさまざまな原料から、製品化する取り
組みが進められています。
このＷＥＴエンジンの技術が上手くいけば、大幅な燃料削減と同時にＣＯ２排出量
を大幅に低減できます。ただ、エンジン自体の重量が増えてしまうという点は
まだまだ、改良が必要だとは思います。
今回はＬＥＥＨＡＭ（リーハム）ニュースの記事（2022年11月29日発表）を紹介
しました。この記事が一番わかりやすく解説しています。
それでは今日はこの辺で・・・
またお会いできる日を楽しみにしています。
コメント