クズネツォフ NK-32

クズネツォフ NK-32

クズネツォフ NK-32は、ロシア連邦のN・D・クズネツォフ記念サマーラ科学技術複合によって開発された低バイパスターボファンエンジンです。本エンジンは軍用航空機用として世界でも最大級のサイズと推力を持ち、特にレーダー断面積や熱紋を低減するための設計が施された最初期の量産型エンジンとしても知られています。

概要

NK-32は、先行するNK-25エンジンを基に、Tu-160超音速戦略爆撃機向けに開発されました。その構造は、3枚のファンブレードを持つ軸流圧縮機で構成され、低圧部が3段、高圧部が7段となっています。エンジンの視認性を低下させるため、圧縮機の初段にはレーダー反射を抑制する工夫が凝らされています。圧縮機ブレードにはニッケル合金、チタン、鋼などの素材が使用されており、圧縮機全体の重量は約365kgです。燃焼室はカン型を採用し、インジェクタは無煙燃焼と安定した温度分布を実現するように設計されています。タービン部は直径1,000mmの高圧段、単結晶材を用いた中間段、そして2段の低圧段で構成され、高圧タービン入り口温度は最大で1,357℃に達します。

開発は1977年に始まり、1984年から量産体制に入りましたが、1993年には生産が一旦終了しました。その後、NK-32を搭載したTu-144LL超音速実験機向けにNK-32-1が開発され、1996年から1999年にかけて飛行試験が行われました。

NK-32-2の開発と生産再開

1993年の生産終了後、既存エンジンの異常振動問題に加え、特に予備部品の不足が深刻な課題となりました。2011年にはロシア空軍のTu-160の保守に支障を来したとの報告もあります。これを受け、製造元であるクズネツォフは既存の問題点を改良したNK-32シリーズ2（NK-32-2）の開発を進めました。改良型のベンチテストは2006年に完了し、2008年には既存のシリーズ1をシリーズ2仕様に改修するための技術文書が作成されました。信頼性向上と経済性改善を目指したこれらの改良は、エンジンコア部分を中心に、地上設置型ガスタービンであるNK-37の構造・技術要素を取り入れる形で行われました。

生産再開に向けた動きは2010年代に入り具体化しました。2010年10月には、生産体制の近代化によって2013年からのNK-32納入開始を目指す計画が発表されました。2012年5月には、改良されたガス発生器の試験が進行中であること、国家試験の第2段階用に38基のエンジンが製造されたことが報告されました。空力的な改善により、ブレードユニットのガス動特性が大幅に向上し、タービン入り口温度も国家試験第1段階での1,635Kから1,750Kに向上したとされています。

生産再開は当初計画より遅れましたが、2014年3月には2016年に試験用1基、量産型4基の計5基の試験を行うことが発表され、同年7月には生産再開の見通しが立ち、予算措置も決定されたことが報じられました。新たな試運転台などの設備投資も行われました。2016年2月には副国防相がクズネツォフを視察し、5基の納入を指示。同年7月には最初のエンジンが2016年末までに納入されるとの報道がありました。

2017年に入ると、クズネツォフは最初の量産バッチの組み立てを進めていることを発表し、年末までに5基が受領される見込みとなりました。9月には新しい自動化されたテストスタンドで最初のエンジンの試験が始まり、10月にはベンチテストが開始され、量産準備が整っていることが表明されました。

2018年6月、統一エンジン製造会社は、最初のバッチのロシア国防省への納入準備が整ったことを発表しました。これらのエンジンはベンチテストを経て、顧客への出荷を待つ状態となりました。NK-32-02の生産再開は、新製品の製造だけでなく、長期的なメンテナンス体制の確立にも繋がり、エンジンの寿命は数十年と見積もられています。NK-32-02の生産は徐々に増加し、2020年までにはクズネツォフの主要生産品目となり、将来のエンジン開発の基礎となることが期待されています。同年10月には、最初の4基の供給契約が完了し、さらに22基の追加供給契約が締結されました。

派生型と将来計画

NK-32はその設計を基に、様々な派生型や将来計画が展開されています。

NK-32-1: Tu-144LL実験機用の派生型です。
NK-32 シリーズ2（NK-32M、NK-32 Tier 2）: 地上設置型NK-37の技術を取り入れ、寿命延長、信頼性向上、燃費10%改善を実現した改良型です。
PAK DA向け派生型: ツポレフが開発中の次世代戦略爆撃機PAK DA（Izdeliye 80）に搭載するため、NK-32シリーズ2をベースに開発が進められています。高強度・高耐熱のニッケル合金などの新素材が使用され、推力は約23トンとされています。
NK-34: 1990年代にA-40飛行艇向けに計画された高バイパスターボファン型です。
NK-23D: エンジンコアをベースに開発中の高バイパスターボファン型で、An-124輸送機のD-18Tエンジンの代替を目指しています。
NK-65: 18～30トン級のギヤードターボファン型として開発されましたが、計画は頓挫し、設計はPD-30（後のNK-65）に引き継がれました。
NK-65（旧称PD-30）: NK-65の設計を発展させたギヤードターボファン型で、Il-106輸送機や中露共同開発のワイドボディ機向けに候補とされましたが、PD-35に敗れました。後に推力29.5トンのNK-65と35トンのNK-35R-32に分かれ計画が進んでいます。
NK-74: Tu-160近代化改修用に計画された推力27トンの型式です。

また、航空機用エンジンだけでなく、ガスタービン型としても派生しています。

NK-36ST: NK-32を基にした地上設置型ガスタービンで、出力は26.5MW。高い信頼性、効率、環境性能（低NOx排出）、モジュラー設計による保守性が特徴です。
NK-37/NK-37ST: NK-36STの改良型で、燃料ガスの圧力向上などが図られています。
NK-361: 天然ガスで動作するガスタービン型で、GT1型ガスタービン機関車に搭載されます。

主な搭載機

Tu-160
Tu-144LL (NK-32-1)
Yak-43（計画のみ）
Tu-22M3M、Tu-22M3 LL3、Tu-22M4（計画・実験のみ）

将来的には、超音速民間航空機へのNK-32-02の搭載も検討されていると報じられています。

仕様

NK-32

形式: アフターバーナー付き3軸低バイパスターボファンエンジン
全長: 6,000 mm
直径: 1,460 mm
乾燥重量: 3,400 kg
構成: ファン3枚、低圧圧縮機3段、高圧圧縮機7段、アニュラ型燃焼器、高圧タービン2段、低圧タービン1段
推力: 巡航時 14,000 kgf (137 kN), アフターバーナー時 25,000 kgf (245 kN)
全圧縮比: 28.4
バイパス比: 1.4
タービン入口温度: 1630 K (1357 °C)
燃料消費率: 超音速時 1.70 kg/(kgf・時), 亜音速時 0.72-0.73 kg/(kgf・時)
推力重量比: 7.35 kgf/kg

NK-36ST

出力: 25,000 kW
燃焼ガス消費量: 5,163 kg/h
ローター回転数: 5,000 rpm
排気ガス温度: 698 K
効率: 36.5 %
重量: 8,690 kg
長さ: 6,000 mm
直径: 2,300 mm
寿命: 45,000 時間
燃料: 天然ガス

NK-37

出力: 25,000 kW
燃焼ガス消費量: 5,255 kg/h
排気ガス流量: 38 kg/h
出力軸回転速度 (50Hz時): 3,000 rpm
排気温度: 727 K
効率: 36.4 %
重量: 9,840 kg
長さ: 6,300 mm
直径: 2,200 mm
寿命: 100,000 時間
* 燃料: 天然ガス

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