プロップファン

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

プロップファンは改良されたターボファンエンジンで軸流式圧縮器の同軸の外側にファンが配置されている。「ATP」（アドバンスドターボプロップ）「アンダクテッドファン」、また超高バイパス(UHB)エンジンとしても知られる。設計はターボファンと同等の速度でターボプロップ並の燃料消費率を得る事を主眼に置いている。

　ギヤードターボファンエンジンや超高バイパスターボファンエンジン(UHB)との違いは、高効率にしたプロペラを用いるかエンジン先端部に内蔵されたファンを用いるかによる。プロップファンの場合、ターボファン以外にも通常のレシプロプロペラ機にもその技術は使えるので、旅客機などとは別にその進歩が期待されるところである。

ターボプロップ式に適した速度域は450mph(700km/h)以下である。それ以上の速度であればプロペラの損失が増えるからである。プロペラの先端が音速を超える時、衝撃波が発生するので音速未満で回転する事がプロペラ推進の限界であると考えられて来た。

プロペラに後退角をつけ、直径を減らしてブレードの数を増やして回転数を下げる事によりこれまでより高速での飛行時でも推進効率が落ちにくくなる。

後退角プロペラ

翼に後退角を持たせる事によって衝撃波の発生を遅らせる方法が既に第2次世界大戦時のドイツでの研究者たちによって見出されていた。今日では若干の例外はあるにせよ、450mph以上の速度で飛行する飛行機は殆どが翼に後退角を有している。1970年代にNASAはプロペラにも同様の後退角を持たせる研究を始めた。従来の金属材料では後退角をつけた場合、強度を確保する事が難しかったが複合材を採用する事で可能になった。

An-70に搭載されたプログレスD27プロップファン

プロップファンを導入する事で従来のターボファンに比べ35%燃料消費率が改善される事が見込まれた。そしてそれらは満足するものだった。DC-9のエンジンをプロップファンに換装した所、燃費は30%改善された。その代償としてプロップファンは騒音が大きく、FAAのステージIIIからIVの騒音だった。

ゼネラルエレクトリックはNASAでの開発とは別に独自にプッシャー式のプロップファンであるGE36Unducted Fan(UDF)の開発を進めた。GEのUDFは直結式だった。減速ギアボックスを取り除く代わりに7段構成の低圧タービンから出力を取り出していた。タービンからの出力軸にはひとつのプロペラだけが接続されていて他方のプロペラは回転軸には接続されておらず空回りする構造だった。パワータービンは14段だった。ボーイング社は日本との共同開発を予定していたボーイング7J7へのUDFの搭載を検討した。マクダネルダグラスはMD-94Xへの搭載を検討した。マクダネル社は社有のMD80の左側にJT8Dの代わりにGE36の搭載をして試験を行った。当初はモヘーベ、CAの外で行った。やがて設計に起因する振動、騒音、空力特性が明らかになった。1988年まで試験は続けられた。燃費はターボファン搭載のMD80に比べ30%優れていてステージIIIを満たしていて室内の騒音、振動も抑えられた。ジェット燃料の価格が市場での優先順位が下がった事により、ダグラス社は計画を打ち切った。

1980年代、アリソンはプラット＆ホイットニーと共同で578-DXプロップファンを開発した。GE36 UDFとは異なり578-DXは通常の減速ギアボックスを低圧タービンとプロップファンの間に備えていた。578-DXはMD-80に搭載された試験で良好な成績を示したが客室内の騒音が低燃料消費の利点を打ち消した。

プログレス D-27プロップファンは旧ソビエト連邦で開発された。同軸反転式のプロップファンをエンジンの前方に配置して牽引する形式である。２機の後方に配置されたD-27はアントノフ An-180を推進する。1,995年から運航を開始した。他にロシアのプロップファン航空機としてヤコブレフYak-46が挙げられる。1990年代を通じてアントノフは４機のD-27を牽引式に装荷されたAn-70を空軍向けに開発してきた。2003年、164機が発注されたが取り消された。しかしAn-70は生産可能である。

80年代プロップファンの開発は進み、一時は実用化間近に思われた。しかし、開放型のプロペラの翼端で発生する渦流に起因する振動と騒音が燃費向上による利点を相殺するほどであり、解決には時間がかかると見られた。また、振動の為、機体の構造を強化する必要が生じ、重量が増加する事も懸念される。一方、高バイパス比のターボファンエンジンの登場(開発したのは同じメーカ-)によって徐々に燃費面でのメリットが薄れていった。現在ではアントノフ An-70等、一部の輸送機に採用されるのみである。

近年の航空燃料の高騰が今後も続けば新たな形で登場する可能性がある。