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ロールス・ロイスの特別に構築されたテストベッド 80 での UltraFan デモンストレーターのすべてのテストは、100% 持続可能な航空燃料で実行されます。

ロールス・ロイスは、UltraFan デモンストレーターを初めて稼働させ、世界最大のギア付きターボファンの大規模なテストプログラムの開始を示し、エンジンメーカーが望んでいる、より効率的な新世代の推進システムの誕生を示しました。

デモンストレーターは、4 月 24 日にイギリス、ダービーにある同社の特別に建設されたテストベッド 80 施設で、2010 年のトレント XWB-84 以来、ロールス社でまったく新しいセンターラインのビッグファンエンジンの最初の稼働が行われ、鳴り物入りで静かに開始されました。この出来事は、同社が次世代製品ラインに連動したアーキテクチャを追求する計画を明らかにしてから 9 年余りが経ちました。

それ以来、ワイドボディ市場の不確実性、パンデミックによる経済的影響とトレント 1000 の信頼性問題からの高額な回復による 2 年間の遅れにも関わらず、苦境に立たされている同社は、市場拡大のための最善の策として UltraFan コンセプトに賭け続けてきました。将来のエンジンの展望。ロールス氏がプログラムを堅持する決意は、最近任命された最高経営責任者（CEO）トゥファン・エルギンビルギッチ氏の下での大規模な組織再編のさなかにもなされた。

エルギンビルギッチ氏はデモ参加者を「ゲームチェンジャー」と表現した。「このプログラムの一環として私たちがテストしているテクノロジーには、今日のエンジンだけでなく明日のエンジンも改善する能力があります。だからこそ、この発表は非常に重要なのです。私たちは歴史が作られていくのを目撃しているのです。エンジン効率向上のステップチェンジ。」

すぐに実用化される予定はありませんが、25,000 ～ 110,000 ポンドの推力範囲をカバーするスケーラブルな設計により、将来の単通路および二通路コンセプトの低燃料燃焼の候補となるとロールス氏は予想しています。潜在的な再エンジンの機会。同社はまた、UltraFan を現在のエンジンをアップグレードするための技術の源泉として使用する予定です。

このデモンストレーターは、高出力ギア駆動アーキテクチャから軽量、高温材料、まったく新しい高圧コアに至るまで、エンジンシステムレベルで多数の高度な機能を評価するために使用されます。同社は、パワーギアボックスとAdvance3ベースのコアを備えた新しいエンジンのテストから得た教訓を最大限に活かすことに重点が置かれており、ロールス・ロイスの大型エンジンの特徴であった伝統的な3シャフト設計からの根本的な転換を表していると述べている。 1960年代からの構成。

UltraFan のテストは順調なスタートを切った、とロールスロイスの航空宇宙技術および将来プログラム担当ディレクターのアラン・ニュービー氏は述べています。「何事もなく過ごせました。まさにあなたが望んでいることです」と彼は言います。「時間はかかりましたが、それは新しいテストベッド上の新しいエンジンであり、多くの計測パラメータがあるためです。そのため、私たちはテストベッドと新しい監視システム上ですべてが相互に通信していることを確認しているだけです。」 Testbed 80 に設置された計測器は、1 秒あたり最大 200,000 サンプルの速度で 10,000 のパラメーターを測定できます。

大型のギアシステムは初めてのものですが、ロールスロイスのエンジニアは、昔ながらのプロセスを使用して UltraFan の初回運転を慎重に開始しました。「最初にすべてが回転することを確認するためにドライクランクを行い、次に燃料を供給するウェットクランクを行います」とニュービーは言います。「その後、最終的にウェットクランク中にイグニッションをオンにしたり、点火したりしました。私たちはそれを行い、それが始まりました。それは私たちにとって素晴らしい瞬間です。」

しかし、同社は未知の領域に足を踏み入れた。アイドリング状態まで始動した後、エンジンはすぐに停止されました。「その主な理由は、燃料のスケジュール方法、管理法、その他すべてのことなど、当たり前だと思っていることをすべてプログラムの開始時に評価する必要があるからです」とニュービー氏は言う。「遅いように感じますが、初めてのことであり、非常に重要な資産であるため、意図的に急いでいません。したがって、私たちは正しく完了することを確認したいだけであり、特定の日付までに完了するというプレッシャーに抵抗してきました。」」

「私たちはさまざまなコンポーネントの段階的なコミッショニングプロセスを経て、サブシステムごとにコンポーネントを理解して、それらがどのように動作しているか、そしてそれらが私たちの期待と一致しているかどうかを確認しています」とUltra-Fanのチーフエンジニア、ピート・ヤングは述べています。「UltraFan の場合、それはまったく異なる世界です。新しいエンジンとしてトレントを委託するとしたら、これに数日を費やしますが、私たちにとっては、12 月以来、週ごとのプロセスでした。」

テストの積み上げには「ワンショットチェック」も含まれているとヤング氏は言う。「これは、エンジンの位置からパイロンを通ってテストベッドを通って制御室に信号を発射しています。私たちは、測定している 2,800 のパラメーターのすべてについて細心の注意を払ってこれを実行し、それらがすべて機能することを確認しています。」

テストが着実かつ慎重に行われるようにするために、ロールス氏は UltraFan を評価するための 3 段階の「多層防御」アプローチを開発したと付け加えました。「私たちにはエンジンを運転する人が座るコントロールルームがあり、短期的なエンジンの安全性を確保しています。これが多層防御への第一歩です。そして、ダイナミクスチームがいます。高周波計装と測定システムを監視し、他の部屋との間にガラスで仕切られた監視室があり、そこにはマイクをかぶった室長がいて、制御室と直接会話し、指示を与えています。

「我々は先頭に立っていきたいのです」とヤング氏は続ける。「そのため、監視体制の一環として、エンジンが何を行うと予想されるかについて、自動化されたモデル、つまり「トラムライン」を用意しました。エンジンからデータが得られると、それをモデルと比較し、許容範囲や誤差範囲として定義されたトラムライン内にあるかどうかを確認します。それを超えている場合は、テストを行って評価します。それが、文字通り私たちが行くNASAタイプの制御室を行う理由です。そのため、エアシステム、エンジンパフォーマンス、オイルシステム、エンジン温度、オイル、燃料、パワーギアボックスチームがすべて監視し、フィードバックを提供しています。」

機体開発スケジュールに縛られないことの利点の 1 つは、ロールスがプログラムの技術実証の側面を最大限に高めることに集中できることです。「私たちは、その最初の用途が何になるのか、そしてそれが広胴機になるのか狭胴機になるのかを理解するために、すべての機体メーカーと引き続き協力し続けています」とニュービー氏は言う。「私たちが何度も強調してきたように、これはスケーラブルなアーキテクチャです。私たちは、より困難であると考えて大規模なサイズを選択しましたが、それが最初にどこに適用されるかは誰にもわかりません。」

直径 140 インチのファン - 現在飛行している最大のターボファンであるゼネラル・エレクトリック社の GE9X のファンよりも約 6 インチ幅が広い - エンジンの 50 メガワット出力ギアボックスは、ドイツのダーレヴィッツにあるロールス・ロイスの施設での初期テストと開発の後、綿密なモニタリングの焦点となる。この遊星歯車は、航空宇宙用途向けに開発されたものとしては最大のものです。直径約 2.6 フィート (80 cm) の歯車システムは、外側のリングギヤと、中央の太陽歯車の周りを回転する内側の 5 つの遊星歯車で構成されています。ファンは中央に取り付けられた遊星キャリアによって駆動されます。

「私たちがダーレヴィッツでパワーギアボックスリグで行ってきたテストの一部は、ここでの地上テストで経験するであろう一連の温度をすべてクリアしていることを確認することと、残りの耐久性の問題もすべてクリアしていることを確認することです。」初心者のメモ。「これは素晴らしいプログラムであり、熱機械モデリングに関して私たちが得た知識は世界をリードするものです。これは、ここに至るまでの重要な部分でした。」

また、UltraFan には幅広い新しい製造技術と材料技術が採用されているため、テストは慎重に進められるとニュービー氏は述べています。「私たちはエンジン全体の統合に重点を置いていますが、長年にわたって開発してきたものはたくさんあります」と彼は付け加え、複合ファンシステム、ハイブリッドセラミックベアリング、セラミックマトリックス複合材料（CMC）などの新機能について言及しました。）、高トルク密度シャフト、高度なキャストボンドタービンブレード、および第 2 世代ニッケルディスク超合金。

CMC コンポーネントは主にタービンのシールセグメントに使用され、軽量で高温に対する耐性が高くなります。主に炭化ケイ素からなるセラミックマトリックスに囲まれた繊維マトリックス界面コーティングを備えた連続炭化ケイ素繊維強化材で作られており、CMC およびその他の高温機能は、トレントの技術に基づいた HT3 (高温タービン技術) デモンストレーターで評価されました。 XWB-97。

「確かに、UltraFan は新しいアーキテクチャですが、これには私たちがこれまで取り組んできた多くのテクノロジープログラムが統合されており、その一部は他のエンジンにも適用できる可能性があります」と Newby 氏は言います。「例えば、私たちはソフトウェアを迅速に開発する新しい方法を開発しました。これはパール10X（ビジネスジェットエンジン）で使用する予定です。高温材料の一部はトレント艦隊にも応用できるかもしれません。」

ギアとともに、UltraFan を使用した従来のトレントアーキテクチャへの重要な変更の 1 つは、中圧シャフトと高圧シャフトの間で作業負荷を再分配する新しいコアです。 Advance3 コアでテストしたところ、高圧スプールでの圧縮作業の増加により、60:1 を超える全体圧力比 (OPR) が生成されました。ロールスロイスによれば、UltraFan は、典型的な大型エンジン用途において、Advance3 コアの OPR を 70:1 以上に押し上げるとのことです。エンジンメーカーはまた、多段中圧タービンシステムを備えた新しい発電所を構成しました。 Advance3 コアは、Alecsys (Advanced Low-Emission Combustion Combustion System) 低亜酸化窒素燃焼器の評価にも使用されました。

ロールス社は当初、初期テストプログラムで4基のエンジンを稼働させる計画を立てていたが、遅延とコスト圧力により、必要に応じて2基目のエンジンを組み立てるための予備を備えた1基のみに減らされた。「我々は慎重に対処するつもりです」とニュービー氏は言う。「それは私たちが保存したい資産なので、敬意を持って扱います。私たちはいくつかのランニングを行い、データを分析し、その後この夏までテストを続けます。」

「この利点は、個々のシステムのほとんどが他の資産で実証されていることです」と彼は続けます。「これが鍵です。」テストでは「それらが単独ではなく、連携してうまく機能する」かどうかを評価する予定だと同氏は指摘する。「私たちは、いわゆる創発的挙動を観察することになります。歯車が機能することと低圧タービンが機能することはわかっていますが、それを組み合わせると、すべてがどのように機能するのでしょうか。それが私たちがここで調べようとしているものです。」

UltraFan アーキテクチャは、現在のテスト作業を超えて、ヨーロッパのクリーンアビエーション航空研究プログラムの下でのより高度な研究の焦点でもあります。ロールス・ロイスが主導する Heaven (水素エンジンアーキテクチャを仮想的に設計し、斬新に設計) は 3,560 万ユーロ (3,860 万ドル) のプロジェクトで、エンジンを短・中距離市場にスケールダウンし、ハイブリッドと電気の両方を統合することで UltraFan を進化させることを目的としています。技術と直接水素燃焼。

Heaven チームには、フランス、ドイツ、オランダ、スペイン、英国の学術、研究、産業界のパートナーが含まれており、現行エンジンと比較して燃料消費量を 20% 削減することを目標に UltraFan H2 バージョンを研究する予定です。ロールス・ロイスは、「これは、水素技術とハイブリッド電気技術を当社の民間航空宇宙ポートフォリオに適切に組み込むためのプラットフォームも提供することになる」と述べている。「完全なエンジンの構築やテストは必要ありません。」

Heaven は、ロールスロイスが主導するもう 1 つのクリーンアビエーションプログラム、Cavendish によってサポートされます。 2,920万ユーロのプロジェクトの下、設計チームは、2024年末から始まる液体水素の地上試験のために、パール15ドナーエンジンに希薄燃焼水素燃焼を統合することを計画している。「これは、液体水素システムを統合することによって水素技術を証明することになるだろう」地上試験エンジンに組み込み、飛行実証に向けた要件を定義します」とニュービー氏は言います。

ガイは、Aviation Week の上級編集者で、テクノロジーと推進力をカバーしています。彼はコロラドスプリングスを拠点としています。

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