次世代旅客機向けに開発中の超巨大ジェットエンジンのテストがまもなく開始

Rolls-Royceは、2030年代に開発される次世代旅客機への搭載を予定している「UltraFan®」ジェットエンジンの技術実証機を完成させ、2023年初頭にテストを開始すると発表した。この世界最大のジェットエンジンは、25％もの効率向上が期待されているという。

実証機は、イギリスのダービーにあるTestbed 80に移動され、試験に向けて調整されている。Testbed 80は、世界最大かつ最もスマートなテストベッドとして、UltraFan実証機のサイズと技術的複雑さに対応するために特別に設計・構築された。2020年に開設され、すでに何時間もの実験的なエンジンテストを終えている。

現在の長距離旅客機に匹敵する航続距離と耐久性を持つクリーンな代替パワートレインは存在しないのが現状だ。そこでRolls-Royceは、既に先日発表されたような、水素によるジェットエンジンの駆動のような代替技術の開発と並行して、既存の技術を洗練させ、よりクリーンに、効率的に動作する次世代型ジェットエンジンの開発を続けている。

Rolls-Royce Civil Aerospace社の社長であるChris Cholerton氏は、次のように述べている。「UltraFan実証機が完成し、Testbed 80での試験の準備が整うのを見るのは、今年を締めくくるのにふさわしいと言えます。私たちは皆、この瞬間を待ち望んでいました。このプログラムは、このプロジェクトとそれに携わったチームにとって非常に重要なマイルストーンなのです。次のステージは、2023年にUltraFanが100%持続可能な航空燃料で初めて動くのを見ることです。この技術は、将来、より持続可能な飛行をサポートする準備ができていることを証明します。」

UltraFanのこの巨大な青い羽根のターボファンは、ナローボディ機とワイドボディ機用のエンジンファミリーの最初の製品で、推力25,000 lbf(111KN)から約11万lbf(489KN)までのレンジが用意されている。直径140インチ（3.56m）のファンは、現在旅客機クラスで最大のエンジンであるGE9Xのものよりも5％近く大きくなっている。直径が少し大きくなっただけだが、受風面積はかなり大きくなっているという。

UltraFanは、Rolls-Royce社の新しいロボット制御の3Dコンポジット製造プロセスを利用している。このプロセスでは、ファンブレードの空力特性に必要な複雑な形状を製造することができるようになったとのことだ。ブレードの前縁部にはチタンが使われているが、それ以外の部分はカーボンコンポジット製となる。そのため、Rolls-Royce社のTrentクラスのエンジンに使われているフルチタンのファンよりもはるかに軽い。この軽量ファンこそが、Rolls-Royceがこれほど大きなエンジンを作ることができた主な理由だ。

また、UltraFanは、ファンと後方のコンプレッサーの間に遊星動力ギアボックスを搭載しており、コンプレッサーを最適な高速回転で運転しながら、ファンを低速で運転することができる。先のテストでは、このギアボックスは約65メガワット（87,000馬力）のパワーを処理し、これも航空宇宙分野での記録となった。

ファンの直径は大きいが、中のタービンはかなりコンパクトにまとめられている。Rolls-Royceのエンジニアは、大量の空気をエンジンのコアを通過させてコンプレッサーを駆動するのではなく、コンプレッサーのコアを回ってエンジンの後ろからまっすぐ出るようにした。これにより高いバイパス比が生まれ、騒音を35％低減し、燃費を大幅に向上させることに成功している。

世界最大の航空エンジン実証機であるUltraFanは、燃料効率を向上させ、排出量を削減し、持続可能性を向上させるいくつかの革新的な技術が特徴だ。この技術は、現在稼働しているエンジンの効率と持続可能性の向上にも役立つはずだ。

「UltraFanのデモ機は将来に向けて設計されており、就航初日から100％サステイナブル航空燃料で稼働できるようになります。さらに、私たちは、ハイブリッド電気や水素を動力源とするソリューションの可能性を積極的に探っています」と、Rolls-Royceは説明する。

Rolls-Royceでは現在、エンジンの新しい製品用途と将来のエアフレーマーの要求について分析を行っている。可能性のひとつは「More Electric」エンジンで、電力を直接取り出したり、燃料やオイルシステムを電気化するなど、電気技術を向上させるものだ。また、マイクロハイブリッド化により、蓄えたエネルギーを活用することで、フライトサイクルを通してエンジン性能を向上させ、燃料の使用量を削減することも考えられる。

Rolls-Royceは、水素発電システムの機会と課題を十分に理解するための取り組みの一環として、2030年代半ばから、水素燃料が中小型航空機に確実かつ効率的に電力を供給できることを実証するためのリグおよびエンジン試験の研究プログラムも発表している。

この地上試験には、米国ミシシッピ州のRolls-Royceの試験場を含む様々な場所が検討されており、今年中に英国でRolls-RoyceのAE 2100エンジン、将来的にはRolls-RoyceのPearl 15ジェットエンジンの試験が予定されている。クランフィールド大学から燃料システム管理に関する情報を得ることで、ラフバラ大学およびドイツの研究機関DLRと共同で現在順調に進んでいる水素燃焼試験を発展させることになる。。

「私たちは、長期的にはこのプログラムを飛行試験段階に移行させたいと考えています」とRolls-Royceは説明している。

英国の航空宇宙技術研究所とInnovate UK、EUのClean Skyプログラム、LuFo、ドイツのブランデンブルク州はすべて、UltraFan技術実証機構想を支援している。