2-2
ESPR 1 2
3 P. 6465 4
5 P. 63 6 P.6364
7 P. 6465 8 P. 6567
9 P.6567 10
3CO 2 25% 2 NOx NOx5gkg 1/7 1 3dB 4 11 P.69 ICAO Chapter3 1dB3dB3dB 3dB 450m 15dB 12dB 2000m 12 3dB P. 71
NOx 1kgNOxg 35g/kg-fuel 95 x10 3 ft 1% NOx 1/7 80 65 50 10% 5g/kg-fuel 5g/kg-fuel 1kgNOx5g 13 NOx P.71 CO 2 20101990 CO 2 25% 1990 1990 2010 2010 50% 50% 25% 25% 25% 25% 14 P.72
NOx CO 2 15 P.70 CFD NOx AI CO 2 16 P.76
Noise CFD CFD 17 P.76 NOx NOx AI NOx LPP 18 P.77
CO 2 & 19 P.77 HYPR 20 P.78
21 P. 93 CO 2 22 P. 96
23 P. 97 5 350 349 336 144 0 1,179 2,237 2,203 2,015 1,830 1,783 10,068 120 0 0 0 0 120 2,707 2,552 2,351 1,974 1,783 11,367 24 P. 92
25 P.98 26 P. 99
27 + 28 P. 107109
NOx NOx LPP 29 P. 111112 CO 2 30 P. 115117
UTC IHI1650 31 1650 P. 115118 NOx M2.2 12.6m + 32 P. 115119
33 NOx CO 2 25% P. 120122 34 CO 2 NOx P. 124
2-1 - 2 - - - - TA2000 35 P. 123124 36
2000 2005 2010 2015 ESPR 37 P. 245 38 P. 239240
NOx CO 2 ANC GT MMC CMC GT ANC 39 LES AI CMC TBC P. 241 40 P. 242244
41 P. 242244 42 P. 242244
1 3CO 2 25% 2 NOx NOx5gkg 1/7 1 3dB 4 2
ICAO Chapter3 1dB3dB3dB 3dB 450m 15dB 12dB 2000m 3dB 3 Noise CFD CFD 4
5 JAXA UTCGESNECMA SNECMA GE UTC JAXA IHI JAXA UTC SNECMA 6 75mm
CFD CFD CFDLESLarge Eddy Simulation LES SNECMA UTC 3.1dB (b) (a) 7 SNECMA CFD db) (Hz) UTC 8
CFD 18.1dB ICAO 9 CFD 3.1dB CFD 10
CFD db (%) 0.5 11 () 10dB 15dB db Peak Level (db) rpm Engine Speed (rpm) 0 1400-10 1200-20 1000 800-30 600-40 400-50 200 OFF Control ON OFF ON -60 0 48000 47000 46000 45000 0 20 40 60 80 100 120 140 Time (sec) Output Level (mvrms) mv db 12
13 3dB 3dB 3dB LES CFD CFD -3.1dB 100% -3.1dB 100% 14
3dB LES 15
1 3CO 2 25% 2 NOx NOx5gkg 1/7 1 3dB 4 2 1
NOx 1/7 x10 3 ft 95 1% 80 65 50 10% 3 NOx AI NOx LPP 4 2
NOxJAXA RRUTC 5 2.7/ 4.8/ g/kg-fuel) M2.2 : 0.0323 (:31.0) 2.7 g/kg-fuel 6 3
NOx4.8/kg 100 (22%) (25%) (25%) g/kg-fuel) 10 1 4.8g/kg fuel M2.2 () 0.1 0.028 0.029 0.03 0.031 0.032 0.033 0.034 0.035 0.036 0.037 No 7 NOx4.8g/kg 1/7 0.4 P T 1027.6 6.29 H = exp + 432.7 349.9 53.2 P : (PSI), T : ( F), H : (g/kg) 8 4
0.6 sec 1.5 sec 9 = 10 5
CMC 823K 269KPa 1923K 11 12 6
13 14 7
1 3CO 2 25% 2 NOx NOx5gkg 1/7 1 3dB 4 2
CO 2 & 3 CO 2 IHI KHI MHI JAXA AIST UTC GE RR SN KHI MHI JAXA AIST UTC RR SN 4
CO 2 NOx CO 2 25% CO 2 28.3% 33.9% 20.1% 10.8% 1.7% 21.5% 3.3% 2.5% 4.9% 28.3% 66.2% 30.0% 5 6
121%13200rpm () 1000 ( 1650 1650 7 300 / N 200 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 / /mm mm 8
N18 TMS-138 9 20001000 1650 N18 404TMS-138 1650 10
1600 30% (b) 1873K(1600) 11 01 02 1200 800 Data Bus 12
CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 25% CO 2 30% CO 2 30% CO 2 25% 30% CO 2 CO 2 13 CO 2 30% 2.9% CO 2 30% CO 2 CO 2 25% 30% CO 2 28.3% 29.2% 33.9% 25.4% 19.1% 0.2% 10.8% 13.2% 2.2% 21.5% 17.7% 2.8% +0.4% 5.4% 2.5%2.9% 28.3% 29.0% 66.2% 56.3% 29.5% (25% 14
CO 2 15 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 25%30% 16
事後評価分科会説明資料ープロジェクトの詳細説明資料ー ( 環境適合型エンジンシステム技術の開発 ) ( 公開 ) 平成 16 年 12 月 3 日 1 研究開発の全体目標 (3)CO 2 排出削減 : 現状から 25% 削減 (2) NOx 排出削減 : NOx 排出量 5g( 燃料 1kg 当り ) ( 現状の 1/7) (1) 低騒音化 : 国際規制値から更に 3dB 低減 (4) 環境適合型エンジンシステム技術 :! 各要素技術をエンジンシステムに適用するためのシステムインテグレーション技術の確立! 超音速輸送機用エンジンの最適仕様 ( 目標エンジン仕様 ) の実現 2
全体研究開発概要 機体仕様を反映 エンジン統合実証研究! 実証用エンジンの全体設計なお HYPR プロジェクトで製作したエンジンを有効活用! 個々の要素技術適用の部品を入れ替えて エンジンシステムとして機能を実証 エンジンシステム研究! 目標エンジン仕様設定! 各個別研究開発項目に対する目標値の割り付け! 各研究成果を総合評価し 目標達成を確認 超音速輸送機 ( マッハ数 2.2 300 席 航続距離 10,200km) 3 研究体制 環境適合型エンジンシステム技術の開発における研究開発体制は以下のとおりである : 取り纏め会社 IHI KHI MHI JAXA UTC GE エンジン統合実証研究 エンジンシステム研究 IHI: 石川島播磨重工業 KHI: 川崎重工業 MHI: 三菱重工業 JAXA:( 独 ) 宇宙航空研究開発機構 UTC: ユナイテッド テクノロジーズ社 ( 米 ) GE: ゼネラル エレクトリック社 ( 米 ) 4
エンジン統合実証研究における試験項目 騒音試験低騒音化技術の開発の成果を反映して エンジン試験用の低騒音排気ノズル部品を設計し エンジン運転試験によりジェット騒音低減実証を目的とする 高温コアエンジン試験 CO 2 排出抑制技術の開発の成果を反映して エンジン組み込み用の部品を設計 製作し エンジン全体システムとして成立させ 開発部品のエンジン実環境下におけるエンジン運転試験により 個々の開発部品の機能実証を目的とする 5 騒音試験 UTC 社の屋外騒音試験設備を用いて 低騒音排気ノズル付きのターボエンジンによる騒音試験を実施した 風速 風向気温 湿度観測計エンジン エンジン前方放射ファン騒音遮蔽板 マイクロフォン設置位置 ( 半径 46m 円周上 ) エジェクタ搭載前低騒音排気ノズル ( ミキサー部 ) 吸音材付きエジェクタダクト内部 遮音壁 低騒音排気ノズル 入口整流装置 6
騒音試験結果 ミキサーにより ジェットを細分化して混合を促進し 速度を落として騒音を低減し かつ ミキサーによって高周波数側にシフトした音を吸音材により低減するというコンセプトどおりの騒音低減を確認 取得した騒音データを総合評価することで コンコルドの騒音レベルから18dBの騒音低減を確認し 目標とする国際規制値から更に3dBの騒音低減を実証した 120 ピーク騒音レベル (db) 115 110 105 100 95 90 ミキシングによる騒音低減 周波数シフト 低騒音排気ノズル ( 吸音材無し ) 騒音レベル (db) 115 110 105 100 95 ICAO 規制値 コンコルド ( 従来技術 ) 18dB の騒音低減達成レベル 85 80 50 80 125 低騒音排気ノズル ( 吸音材有り ) 200 315 500 800 1250 2000 3150 1/3オクターブバンド中心周波数 (Hz) (Hz) 5000 8000 90 10 100 1000 最大離陸重量 (ton) 7 高温コアエンジン試験 IHI 瑞穂工場の入口加熱装置を用いて 巡航状態であるタービン入口温度 1650 条件で開発部品の機能実証試験を実施した 吸気口 入口加熱装置 高温コアエンジン 8
高温コアエンジン試験 第 1 回試験新規組込み部品以下の4つの新規開発部品を搭載して 機能実証試験を実施した チタンアルミシュラウドサポート スマートセンサー ( 多点非接触温度計測 ) ターヒ ン動翼 高速電子制御装置 遮熱コーティングタービン動翼 ( 大気プラズマ溶射 ) 9 高温コアエンジン試験 第 2 回試験新規組込み部品以下の4つの新規開発部品を搭載して 機能実証試験を実施した ターヒ ン動翼 単結晶タービン動翼 (TMS-138 材 ) 遮熱コーティングタービン動翼 ( 電子ビーム物理蒸着 ) N18 粉末冶金材タービンディスク セラミックス基複合材タービンシュラウド 10
高温コアエンジン試験結果 (1) タービン入口温度 1650 の保持運転試験を成功裏に完了でき 新規組込み部品全ての機能を確認した 累計運転時間 : 第 1 回 20 時間 44 分第 2 回 19 時間 31 分 最高到達点 機械回転数圧縮機入口温度圧縮機出口温度タービン入口温度排気温度 12680rpm(99.7%) 324 565 1657 1217 タービン入口温度 1650 保持運転状況 11 高温コアエンジン試験結果 (2) 試験後の目視検査 蛍光探傷検査 断面ミクロ観察等により 変形 クラック等は認められ ず 部品の機能が確認された セラミックス基複合材タービンシュラウド運転試験後外観 TMS ー 138 単結晶タービン動翼運転試験後外観 遮熱コーティング運転試験後外観 大気溶射 外側ガス側 ( タービン流路側 ) チタンアルミシュラウドサポート運転試験後外観 試験後外観 N18 粉末冶金材タービンディスク運転試験後外観 電子ビーム物理蒸着 12
エンジンシステム研究 研究開発の目的各研究成果を取り込んだ目標エンジン仕様を検討して 低騒音化 NOx 排出削減 CO 2 排出抑制の三大目標を満足できるかを確認する 機体仕様も考慮しながら エンジン仕様検討を実施する ESPR 目標エンジンエンシ ンサイクル ( エンシ ン性能 ) 重量見積り 超音速機座席数巡航マッハ数航続距離離陸推力巡航推力 超音速機の機体仕様仕様 300 2.2 10 200km 303kN 100kN 目標エンジンサイクル検討 低騒音化要求 NOx 排出削減要求 CO 2 排出抑制要求 13 エンジンシステム研究 研究開発の成果各研究成果を取込み 低騒音化 NOx 排出削減 CO 2 排出抑制を満足する目標エンジン仕様を最終的に選定した これにより プロジェクトの三大目標の同時達成を確認し 低騒音化 NOx 排出削減 最終結果 国際規制値から更に 3.1dB の低減 NOx 排出量 4.8g/kg-fuel ( 現状の 1/7 以下 ) た CO 2 排出抑制目標を上回る 現状から30% の削減低 NOx 先進冷却低騒音ファン燃焼器タービン低騒音軽量排気ノズル M2.2 巡航時 離陸時 12.6m セラミックス基複合材 チタン + 金属基複合材 チタンアルミ 目標エンジン概念図 単結晶材 + 遮熱コーティンク 粉末冶金材 14
環境適合型エンジンシステム技術の開発 の達成度 目的 目標 成果 達成度 エンジン統合実証研究 エンジンシステム研究 開発部品を全体システムとして成立させ エンジン実環境下におけるエンジン運転試験により 個々の開発部品の機能の実証を行う 低騒音 NOx 排出削減 CO 2 排出抑制の三大プロジェクト目標を満足するエンジン仕様を設定する 各要素技術をエンジンシステムに適用するためのシステムインテグレーション技術の確立 エンジンの最適仕様 ( 目標エンジン仕様 ) の実現 ジェット騒音低減技術並びに CO 2 排出量抑制技術としての新材料適用技術を実エンジンを用いて実証でき 個々の開発部品をエンジンシステムとして機能させるシステムインテグレーション技術を確立できた 国際規制値から更に 3.1dB の騒音低減 NOx 排出量 4.8g/kg-fuel 30% の CO 2 削減を確認し 低騒音 NOx 排出削減 CO 2 排出抑制の三大プロジェクト目標を同時に満足するエンジン仕様を見出した 低騒音排気ノズルのターボエンジン騒音試験 新材料等を搭載した高温コアエンジン試験を成功裏に終了し 達成度 100% 環境に適合するエンジン仕様を設定でき 達成度 100% 15 環境適合型エンジンシステム技術の開発 の成果の意義 成果の意義 エンジン統合実証研究 エンジンシステム研究 技術課題であるジェット騒音低減を 世界でも数少ないエンジン試験で実証できた点に意義がある 大幅な軽量化を可能とする丸型排気ノズルで 18dB の騒音低減を図れ 亜音速機の規制値 Chapter3 から更に 3dB の騒音低減を実証した事は世界最高水準の成果と言える CO 2 排出抑制に対して 軽量材料 耐熱材料であるセラミックス基複合材 チタンアルミ材等をエンジンの高温部であるタービン部に適用して エンジン運転試験まで実施し その機能が確認されたことは 世界最高水準の成果と言え 新材料の適用性を実証した成果の意義は大きい 低騒音 NOx 排出削減 CO 2 排出抑制の三大目標を同時に満足できるエンジン仕様を見出せたことに意義がある 今回選定した仕様は コンコルド機に比較して騒音を 18dB 低減でき B777 並みの騒音レベルを実現する低騒音レベル 従来亜音速機より 1/7 の NOx 排出レベル および欧米プロジェクトを上回る CO 2 削減量 30% は 世界最高水準のエンジン仕様である 16
環境適合型エンジンシステム技術の開発 のまとめ ジェット騒音低減技術並びに CO 2 排出量抑制技術としての新材料適用技術を実エンジンを用いて実証でき 個々の開発部品をエンジンシステムとして機能させるシステムインテグレーション技術を確立でき 目標を達成した 各個別研究成果を反映して 低騒音化 NOx 排出削減 CO 2 排出抑制の三大目標を同時に満たすエンジン仕様を明らかとした 国際協力関係の下に海外メーカの大型 特殊試験設備を有効に活用し エンジン実証試験を成功裏に完了できた 17
1 2000 2005 2010 2015 ESPR 2 1
2 3 LES CFD 4
CO 2 30% CO 2 30% CO 2 30% 2.9% CO 2 30% 5,, /// / SST 2005 2015 2025 6 3
7 NOx CO 2 ANC GT MMC CMC GT 8 LES AI CMC TBC 4
2010 2500300020 9 ( 10 ) 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 12,270 bil. 9,931 bil. 16 14 12 10 8 ( % ) 6 4 2 4,000 2,000 3,372 bil. 0 NYC PAR 1 PAR SIN 2 LAX TYO 3 HKG TYO 4 TYO SIN 5 PAR BKK 6 HKG SIN 7 HNL TYO 8 SIN SYD 9 PAR BOM 10 0 2000 2025 2025 1 2 3 10 1,000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 2010 2015 2020 2025 2030 5
11 CMC TiAl CMC SC PM CMC CMC TiAl CMC SC PM CMC TiAl CMC SC PM 12 6
13 7
15 10 NEDO () NEDO 宇宙航空研 産総研 国民 評価結果公開 宇宙航空研 NEDO プログラム推進室 産総研評価部 理事長評価結果の事業等への反映評価書報告 推進部署 分科会 A 研究評価委員会評価報告書 ( 案 ) 審議 確定分科会 C 分科会 B 分科会 D 評価報告書 ( 案 ) 作成 事務局研究評価部推進部署 プロジェクトの説明 実施者 1-1
!!!!!!! 1-2
1-3
(1) (2) (1) (2) (3) andor 1-4
(4) (1) (2) (3) (4) (1) 1-5
(2) (3) (1) (2) 1-6
10 (1) (2) (1) (2) 1-7
(3) andor (4) (1) (2) (3) 1-8
(4) (1) (2) (3) (1) (2) 1-9
1-10
2-1
2-2
http://www.nedo.go.jp/iinkai/kenkyuu/index.html 212-8554 1310 (19F) TEL 044-520-5160 FAX 044-520-5162