XF9 (エンジン)

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防衛装備庁に納入されたXF9-1

XF9防衛装備庁IHI将来戦闘機開発計画の一環として開発中の低バイパス比ターボファンエンジン。2008年度までのXF5ターボファンエンジンの開発の成果を基に2010年から研究開発が開始された。

コンセプト[編集]

基本的なコンセプトは「スリム化」と「大出力」であり、大出力だがスリムなエンジンにより燃料・兵装などに機内容積を多く割くというものである[1]。このコンセプトは「ハイパワー・スリム・エンジン」と呼ばれ、2010年に発表された「将来の戦闘機に関する研究開発ビジョン」[2]にも登場している。

開発経過[編集]

IHIの瑞穂工場でテスト中のXF9-1

研究開発は複数の計画に分けて段階的に進められている。

次世代エンジン主要構成要素の研究(2010-2015)」でエンジンコア部(高温化燃焼器、高温化高圧タービン、軽量圧縮機)の研究を行い[3]、続いて「戦闘機エンジン要素の研究 (2013-2017)」ではエンジンコア部に加えてファンと低圧タービンの研究を行った[1]

XF9の開発はこれらの計画で得られた技術を統合する形で「戦闘機用エンジンシステムに関する研究(2015-2019)」として進められている。[4]

プロトタイプエンジンであるXF9-1は2018年6月に防衛装備庁に納入され[5]、2019年4月10日に最大推力確認試験の様子が動画で公開された[6]

技術的特徴[編集]

サイズと推力[編集]

XF9-1はF-15戦闘機に搭載されているプラット・アンド・ホイットニー社のF100エンジンと同クラスのサイズであり、戦闘機エンジンとしては大型の部類に属する。

推力はF-22戦闘機に搭載されている同社のF119エンジンに比類する大型エンジンとなっている。断面積あたりの推力はF-2戦闘機に採用されているゼネラル・エレクトリックF110と比べて3割上回るという。

なお、XF9-1で最大推力に達成するまでの時間と手間は、F3エンジンの最初期型XF3-1の10%程度で済んだという[7][8][9][10]。 これまでの技術的蓄積と解析技術の結果と言える。

タービン入口温度[編集]

XF9の最大の技術トピックは1,800℃に達するタービン入口温度である。

1,800℃はニッケル超合金の融点1,400℃を大幅に超えるものである。一般的にこの温度が高いほど高性能なエンジンとされ、世界的に見てもトップクラスの一角を占める。これには国産第5世代ニッケル単結晶超合金製タービンブレードやタービンシュラウドへの新素材CMC(セラミック基複合材料)の採用、ブレードの空気孔による保護層の形成など、日本の高い素材技術と流体解析技術が貢献している。

発電能力[編集]

新開発のスタータとジェネレータを一体化したスタータジェネレータは180kWという発電容量であり、センサや火器管制などに大きな電力消費が予想される将来の戦闘機に対応しうる。同時に省スペースも実現している。

推力偏向[編集]

付随する研究として2016年度から2020年度まで、推力偏向ノズルを使った高運動性・ステルス性の確保などを目的に「推力偏向ノズルに関する研究」も行なわれている。 この研究ではXF9-1の推力の全周20度の偏向とノズルの故障対応技術を主に実証する[11]

まとめると以下のとおりである。[7][8][12][13]

  • 大推力と小口径の両立
  • 先進的な国産素材技術による摂氏1800度のタービン入口温度
  1. 溶製鍛造ニッケルコバルト基超合金「TMW-24」製の高圧タービン・ディスク
  2. ニッケル基単結晶超合金製のタービン・ノズル・ベーン・ブレード
  3. CMC(セラミック基複合材料)製のタービンシュラウド
  • 先進的な製造技術によるコスト削減
  1. 摩擦攪拌接合(LFW)
  2. 3Dプリンター
  3. 鍛造タービンディスク
  • 新開発スタータジェネレータによる大発電容量(180kW)
  • 推力偏向能力

年表[編集]

XF9-1のコアエンジン
  • 2010年:「次世代エンジン主要構成要素の研究 (-2015年度末)」
  • 2013年:「戦闘機エンジン要素の研究 (-2017年度末)」
  • 2015年:「戦闘機用エンジンシステムに関する研究 (-2019年度末)」
  • 2017年7月:コアエンジン納入[14]
  • 2018年6月:プロトタイプエンジン (XF9-1) 防衛装備庁に納入[15]

諸元 (XF9-1)[編集]

諸元はIHIによる[14][15]

  • 形式:アフターバーナー付低バイパス比ターボファンエンジン
  • 最大直径:N/A
  • 空気取り入れ口直径:約1m
  • 軸長:約4.8m
  • 重量:N/A
  • 推力:11tf(108kN)以上(ドライ)
    15tf(147kN)以上(アフターバーナー使用時)
  • タービン入口温度:1,800度以上
  • 推力重量比:N/A
諸外国のエンジンとの比較
XF9-1 F119 F135 F414 EJ200 M88 AL-31F AL-41F1(117)
製造社 IHI プラット・アンド・ホイットニー GE・アビエーション ユーロジェット・ターボ スネクマ リューリカ
(現サトゥールン科学製造合同
搭載機 F-22 F-35 F/A-18E/F タイフーン ラファール Su-27 Su-57
直径 N/A 1.168 m
(46 in)
117 cm 889 mm
(35 in)
0.737 m
(29 in)
69.6 cm
(27.4 in)
1,280 mm N/A
軸長 約4.8m 5.16m
(16 ft 11 in)
5.59 m 3,912 mm
(154 in)
4.0 m
(157 in)
3,531 mm
(139 in)
4,990 mm N/A
重量 N/A 1,770 kg
(3,900 lbs)
1,701 kg
(3,750 lbs)
1,110 kg
(2,445 lbs)
989 kg
(2,180 lbs)
897 kg
(1,977 lbs)
1,570kg N/A
推力

(ドライ/ A/B使用時)

11tf (108 kN)以上
15tf (147 kN)以上
26,000 lbf (116 kN)
35,000 lbf (156 kN)
28,000 lbf(128.1 kN)
43,000 lbf(191.35 kN)
14,000 lbf (62.3 kN)
22,000 lbf (98 kN)
13,500 lbf (60 kN)
20,000 lbf (89 kN)
11,200 lbf (50.04 kN)
17,000 lbf (75.62 kN)
74.5kN
122.58kN
93.1kN
147kN
タービン入口温度 1,800℃以上 N/A N/A N/A 1,800K 1,850K (1,577℃、2,871°F) 1,685K (1,412℃) N/A
推力重量比 N/A 7.95(9:1) 7.467(11.467) (9:1) (9.175:1) 5.7:1(8.5:1) 4.77:1(7.87:1) N/A

今後[編集]

XF9をベースとして将来戦闘機用エンジンを開発することが期待されている。技術目標としてはステータの廃止や耐熱素材の適用拡大などが見込まれている。

XF9-1のサイズは将来の大型化、もしくは小型化にも耐えられるものとして設計された。実用機にXF9系を採用する場合はその要求に従ってサイズ・出力が最適化されるという。[8]

脚注[編集]

  1. ^ a b 防衛省・自衛隊:平成24年度 事前の事業評価 評価書一覧” (日本語). 防衛省・自衛隊. 2018年9月24日閲覧。
  2. ^ 防衛省・自衛隊:「将来の戦闘機に関する研究開発ビジョン」について” (日本語). 防衛省・自衛隊 (2010年8月25日). 2018年9月24日閲覧。
  3. ^ 防衛省・自衛隊:平成21年度 事前の事業評価 評価書一覧” (日本語). 防衛省・自衛隊. 2018年9月24日閲覧。
  4. ^ 防衛省・自衛隊:平成26年度 事前の事業評価 評価書一覧”. www.mod.go.jp. 2019年9月6日閲覧。
  5. ^ IHI、将来戦闘機プロトタイプエンジンXF9-1納入 航空新聞社 2018年7月2日
  6. ^ 防衛装備庁「XF9-1」最大推力確認試験 BLOGOSチャンネル
  7. ^ a b ついに完成した世界最高水準の国産戦闘機用エンジン「XF9-1」- 日本のミリタリーテクノロジー 開発者インタビュー【前編1/2】 BLOGOS 2019年4月11日
  8. ^ a b c ついに完成した世界最高水準の国産戦闘機用エンジン「XF9-1」- 日本のミリタリーテクノロジー 開発者インタビュー【前編2/2】
  9. ^ 「5.4.3.2.1…加速!」最大推力試験当日に奇跡は起きた - 国産戦闘機用エンジン「XF9-1」開発者インタビュー【後編】 BLOGOS編集部 2019年04月12日
  10. ^ ついに日の目見た世界最高水準の国産ジェットエンジン JB press 2018年7月13日
  11. ^ 防衛省・自衛隊:平成27年度 事前の事業評価 評価書一覧” (日本語). 防衛省・自衛隊. 2018年9月24日閲覧。
  12. ^ 空自次期戦闘機「F-3」、2025年の初飛行なるか TOKYO EXPRESS 2018年11月24日
  13. ^ 防衛装備庁 : 分野別の評価結果” (日本語). 防衛省・自衛隊. 2018年9月24日閲覧。
  14. ^ a b 将来の戦闘機用を目指したジェットエンジンの主要部分(コアエンジン)を納入” (日本語). 株式会社IHI. IHI (2017年6月28日). 2018年9月24日閲覧。
  15. ^ a b 将来の戦闘機用を目指したジェットエンジンのプロトタイプ(XF9-1)を納入” (日本語). 株式会社IHI. IHI (2018年6月29日). 2018年9月24日閲覧。