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F-35エンジン火災事故の問題解明進む ただし根本原因はまだ不明



ここにきてエンジンの構造問題が出てきたのですが、代替エンジン案を却下してまでプラットにかけたF-35開発がこのままではプラットと心中してしまいかねません。どこまで同機の開発は不運につかれているのでしょうか。F-35導入を決めた各国は本件の進展を神経質にながめているのでしょう。




F-35 Fire: In Search Of A Solution

JSF engine fire blamed on seal friction
Sep 8, 2014
Guy Norris, Bill Sweetman and Amy Butler | Aviation Week & Space Technology.
遅れているロッキード・マーティンF-35共用打撃戦闘機の運用開始がさらに遅れる可能性が浮上してきた。プラット&ホイットニーF135エンジン火災事故で決定的な原因が未解明のためだ。6月23日にエグリン空軍基地でのAF-27号機火災「偶発事例」とか言われてきた。しかし、Aviation Weekは少なくとも5件のエンジンが機体から取り外されており、予想外に早く摩耗が発生していることを知るに至った。
今月末までにトラブル回避策をみつけシステムズ開発実証(SDD)機材21機を制限なしで飛行させるはずだった。これが時間どおりにできないと、初期作戦能力獲得の日程が実現できない、とJSF開発室長クリス・ボグデン中将が3日に認めている。

プラット&ホイットニーもエンジン部品の再設計で事故再発を防止しようとしており、JSF訓練の飛行制限解除を目指している。ボグデン中将によれば原因究明は当初の138要素を4つまでしぼりこんでいる。プラットは根本原因の究明を待っている。
ただし再設計の所要時間数、費用はまだ不明で製造中のエンジンを改装するのか、完成済みエンジンの改修になるのかも不明。ペンタゴンの調達業務トップ、フランク・ケンドール次官は9月3日に「莫大な費用にならないと確信している」と語っている。
JSF開発室はAF-27号機の事故詳細で情報開示を拒んでおり、単価205百万ドル(事業調達コスト、2013年度選抜調達報告書に準拠)の同機を再度飛行可能とするための原因調査が完了していないとしている。プラット&ホイットニーにとってはテスト日程で再度リスクが浮上してきたことは、ボンバルディアのCシリーズとともに同時並行しており、ともに新型P&Wエンジンを搭載する事例となる。
一方、計5基のF135エンジンが機体から外されているのは新検査方式で欠陥が見つかったためだ。うち一基はF-35 CF-9(生産型F-35Cの9号機)からで、飛行時間は90時間に満たない。
AF-27は事故発生の三週間前に飛行した際にエンジンが2秒間にわたり「収縮」したとボグデン中将は語る。これにより「激しい摩擦」がファンステージの固定部分とエンジンのローターの間で発生し、摩擦熱が1,900Fに達したが、設計上は1,000Fの想定だったという。
この熱上昇で微小亀裂が隣接する第三段ファンブレイドに発生したとボグデンは述べる。亀裂は通常の運航中に拡大し、問題のブレイドがディスクから分離した。エンジンのケーシングは脱落したブレイドを抑えることができず、機体左側と後部の燃料電池に穴が開いた。ジェット燃料と超高温の気体が混じり火災につながった。
固定部分とローターの間の摩耗の兆候はAviation Weekが元関係者から入手した画像で明らかになっている。CF-9のエンジンだという。
ボアスコープからの画像では片持梁構造の固定部分cantilevered statorブレイド数枚とローター部分の各ステージ間の刃形シールknife-edge-type seal が視認できる。Aviation WeekはJSF開発室に画像がCF-9エンジンのものかを確認したが、同室は確認を拒んだ。


根本原因候補は4つに絞り込んだとボグデン中将は説明している。問題が見つかったF135エンジンのうちすくなくとも二基は長時間運転していない点が重要だ。AF-27の初飛行は2013年4月で、CF-9はその三か月後。CF-9のエンジン稼働時間は146.5時間でエンジン飛行時間は66.7時間となっている。同機のエンジンは7月以降のボアスコープ点検二回を合格しており、亀裂が発見されたのはわずか1.3飛行時間後のことだった。
F135の特長として固定部分と回転部分両方の末端のシールに摩耗性材料が使われており、高性能エンジンの各ステージには圧力比が高くなり、シールはエンジン後部から前部にかけての気体漏れを最小限に抑えるため不可欠になっている。漏れが発生すると性能や効率が悪くなるからだ。
軽いg運動で「激しい摩擦」と超高温が発生する理由は解明されていない。ただし操縦時の荷重とエンジン各ポイントでの間隙が歪んだり外れたことの関連はあるのだろう。F135は戦闘機用としては最大級の高性能エンジンでP&WのF100より70%も重く、24%も大きい寸法になっている。その結果、慣性力、回転力が従来より大きく働く。AV-8BハリヤーIIが搭載するペガサスエンジンでもブレイド摩擦問題が離陸時に発生しており、エンジン点検修理が必要となった事例がある。

対応策は二方面で進む。SDD機材はフライトテストで「焼き付け」現象の確認をする。これは摩擦性素材を擦り減らす計算づくの手順で想定外の発熱を発生させないもの。その目標はまずSDD機材の飛行制限を解除し、テストを予定通り実施することだ。これは可能とボグデン中将は認め、この作業で事故の再発防止になるという。
ただし10月にプラット&ホイットニーはファン部分の改良型のテストを開始する予定で、6月に発生したような摩擦を回避することが主眼だが、事故の根本原因とは無関係だ。「最終解決は設計寿命の確保になる」と同社は言い、「社内テスト結果を今後共有できると期待している」.
P&Wは納入済み156基のエンジン改修費用を全額自社負担する。
F-35の飛行は再開されているが、現時点で飛行3時間ごとに襤褸スコープ点検が義務付けられている。最大速度はマッハ0.9に制限し、 -1 g から+3 g.の制限も付き、迎角は16度までとなっている。テスト機はマッハ1.6,3.2gまでが許可され点検間隔も最長で6時間となっているがテスト機材以外はすべて厳しい制限を付けられている。
開発室、プラット&ホイットニー双方ともこれまでのF135点検で予知手法ではAF-27エンジン不良や他機で見つかった過剰摩擦が見つからなかったのはなぜかとの問いに沈黙を保っている。ジェネラルエレクトリックのF136エンジン代替案を葬るべく展開した一大キャンペーンでP&Wは予知診断手法で問題は早期発見でき、「飛行運用への影響を緩和できる」と説明していた。■


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