ターボジェットエンジンの構成要素.4

タービン
タービン (turbine) は燃焼ガス流の通過・膨張によって回転し、そのエネルギーの一部を回転力として回収するための機構である。すなわちタービン部の役目は圧縮機やファンもしくは出力軸を回転させることであり、それらと直結されている。基本的に圧縮機と似た形状をしており、遠心式と軸流式がある。過酷な環境の中で動作させるために様々な工夫を必要とし、エンジンの他の部分に比べて入念な検査と頻繁な交換が行われる。

現在広く用いられているのは軸流式タービンであり、軸流式圧縮機と同様に回転するローターとエンジンケースに固定されて流れを整えるステーターにより構成され、両者の組み合わせが多段階に配置されている。ただし圧縮機より段数は少ない。

多くのジェットエンジンでは圧縮機が低圧部（前段）と高圧部（後段）の2つの部分に分けられており、加えてファンや出力軸を持つ場合もあるが、それぞれを駆動するためにタービン群も分割されている。高圧用圧縮機を駆動するためのタービンは大きな力を得られる燃焼室直後にあり、低圧用圧縮機もしくは出力軸を駆動するためのタービンはより排気口に近い側にある。エンジンシャフトを中空にすることでこれらのタービンは全て同軸で回転している。



タービンブレード
タービンは内径側と外径側で周速度が異なり、タービン・ブレードで燃焼ガスの膨張エネルギーを効率的に取り出すためにブレード形状にひねりが加えられ、先端側と根元側で角度が変えられている。このため先端部では反動タービンとして、根元部では衝動タービンとして機能する反動衝動タービン (Reaction-impulse turbine) 型となっているのが一般的である。
タービン部入口温度が高ければ高いほど出口へ向かう過程での膨張比が大きくなり、エンジン効率は向上する。このためタービンブレードは高温に曝されながら同時に遠心力や振動に耐えうる能力が求められ、その材質や構造には特別な注力が払われている。
実際の膨張仕事と理想的な膨張仕事との比をタービン断熱効率またはタービン効率と呼ばれ、21世紀現在では90%以上に達している。
タービン・ブレードの材質にはニッケル合金やコバルト合金といった耐熱合金が用いられ、近年ではさらなる高温に耐えうるセラミック製や溶融した金属の凝固時に温度管理を厳密に行う事で結晶化する方向を揃えた単結晶のブレードも使用されている。
特に燃焼室側に近いタービン入口部の最初の数段のブレードは高効率な冷却機構を備えている。多くの場合はブレード内部に空洞があり、そこへ圧縮機からバイパスされた圧縮空気がローター取り付け部より導入される。このバイパス空気によってブレード内部を対流冷却するコンベクション冷却は最も基本的な方式であり、さらに内部を冷却したバイパス空気をブレードの翼表面や後縁部の細孔から流出させて断熱層を作り外部からもブレードを冷却するフィルム冷却方式とするものもある。多くがコンベクション冷却とフィルム冷却を組合せた方式では、ブレード内に仕切りを作り流路を複雑にすると共に強度を保つようにしている。ブレードの穿孔にはレーザーなどを用いた高精度加工法が用いられる。ただしいずれも高度な加工技術を必要とし、消耗品であるブレードに適用するとコスト高となるため、費用対効果面での考慮が求められている。
ブレードの取り付け部には高温で生じる不均一な膨張によって熱応力がかかるため、クリスマスツリーやファーツリーと呼ばれるジグザクに入り組んだ噛み合わせ形状によって、熱応力を逃がす工夫がなされている。運転後にジェットエンジンが冷えるとクリスマスツリー部分の隙間が広がる仕組みになっている。



タービン・ノズル
タービン・ノズルはタービンの静翼であるノズル・ガイド・ベーンが多数環状に取り付けられている。動翼と同様に高温に曝されるために1段目や2段目までが空冷タービン翼構造になっているものが多い。
タービン・ケース
タービン部は熱による膨張と収縮によって各部の大きさと位置が変化し、特にブレードとケースの隙間はタービン効率に大きく影響する。タービン・ケースはエンジンの最大出力時にタービン・ブレードとの隙間が最小になるように設計されているが、巡航時等ではブレードに比べてケースの膨張が大きくなり、隙間が広がるため、アクティブ・クリアランス・コントロール・システムと呼ばれる、空気を吹き付けることでケースを冷却して適正な大きさにする仕組みが備わっている物が多い
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