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【飛行機のエンジン】ジェットエンジンについて

ターボジェットエンジンのサイクル

【飛行機のエンジン】ジェットエンジンについて

ガスタービンエンジンとピストンエンジン

ジェットエンジンは、「ガスタービンエンジン」とも言われています。

プロペラに比べて、空気の流れをエンジンの前から後ろに加速させます。

「ピストンエンジン」と「ガスタービンエンジン」は内燃機関と分類され、お互いの出力を生み出すサイクルはとてもよく似ているものです。

「吸気」「圧縮」「燃焼」「排気」という流れになっています。

前方から空気が取り込まれ、圧縮され燃料と一緒になり、点火されます。

火がつき暖められた空気は、爆発的に膨張し吐き出されます。

エンジンが生み出す力の差は、「いかに空気を多く取り込めるか」と「圧縮比」によって決まります。

ガスタービンエンジンで発生した爆発的な空気の膨張の一部は、タービンによりエネルギーが回収され、さらなる吸気に役立てられます。

残りのエネルギーは、後方に排出され推進力として利用されます。

ジェットエンジンはピストンエンジンよりもシンプルに、「熱エネルギー」を「スラスト」に変換する事が可能です。

ピストンエンジンは、熱エネルギーを一度力学的エネルギーに変換してから、最終的にプロペラを回転させる事などによりスラストを生み出す事が可能です。

ジェットエンジンとピストンエンジンを比べると、ジェットエンジンの方が「高高度飛行」・「高速飛行」時の馬力が高い事です。

ジェットエンジンは、「高度」と「速度」が上がるほど効率が良くなります。

逆に、「低高度飛行」や「低速飛行」には弱いと言えるでしょう。

ターボファンエンジン

ジェット機とプロペラ機

最近の航空機は高速で高高度飛行をする流れなので、プロペラを使用した航空機は、ジェット機ほど効率よく飛行する事ができません。

唯一プロペラ機がジェット機に勝るところは、テイクオフロール開始時からマックスパワーを出す事ができます。

一方ジェット機は、ローリング開始時には最高出力は出す事はできず、速度が上がってくるとより高い出力を発揮できてきます。

「ファンジェット」や「ターボファンジェット」は、このジェットエンジンの苦手なところを補ってくれます。

他の「ガスタービンエンジン」のように、「ターボファンエンジン」の肝は、「ガスジェネレーター」です。

ガスジェネレーター:高温で高速の空気を生み出すエンジンの一部

ターボファンとターボプロップとファンジェット

「ターボファン」は「ターボプロップ」と同じように、低圧タービン部が、ガスジェネレーターから生み出されたエネルギーを消費します。

低圧タービンは、同心シャフトに取り付けられております。

また、このシャフトはエンジン前方の吸気ファンとも繋がっております。

前方から吸引された空気は、ファンを通り過ぎ、空気の流れは2つに分岐されます。

1つはバイパスエアとしてエンジンの外側を進み、もう一方は、エンジンの中心(コア)を進み、ガスジェネレーターに進みます。

この、バイバスエアとコアに進むエアの比率を現したものを、バイバス 比(Bypass Ratio)と言います。

ターボファンエンジンは、ファンの部分でより低速に空気を後ろに書き出す事で、燃料をスラストに変換する効率をあげています。

ターボファンエンジンのバイパスの比率は:

  • バイパスエア:30%
  • コアエア:70%

程度です。

一方、ターボジェットエンジンは空気をバイパスさせないので、ほぼ全てが高速で後方に排出されます。

なので、飛行速度が遅い時は、エンジンから排気される空気の速度と、飛行速度に差がありすぎ、燃費効率が悪くなったり、騒音がひどくなります。

「ファンジェット」のコンセプトは、より低速・低高度での飛行時の利用可能なトータルスラストをあげる事です。

低速・低高度に特化しているので、高高度飛行での効率は失われています。

ターボファンエンジンは、「加速力アップ」「離陸滑走の短縮」「初期上昇のパフォーマンス向上」「燃費向上」が見込まれます。

燃費は、「使用燃料量」に対して、どのぐらい「スラスト」を生み出せたのかで比べられます。

Fanjet by Erkaha

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【参考文献】

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