プロップファン

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プロップファンは、改良されたターボファンエンジン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飛行速度でターボプロップ並の燃料消費率を得ること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(ダクト)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、ターボプロップ以外に通常のプロペラ機にも応用が利くので、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飛行速度域は450mph(700 km/h)以下である。それ以上の飛行速度を求めた場合、プロペラ回転速度と飛行速度の合成によるプロペラ先端の対気速度が音速を超え、衝撃波が発生するので損失が増えるため、この対気速度を音速未満で運用することがプロペラ推進の限界であると考えられて来た。

後退角プロペラ[編集]

後退角プロペラ

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こと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。

翼に後退角を持たせることによって衝撃波の発生を遅らせる方法は既に第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[いつ?]では若干の例外はあるにせよ、450 mph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、強度を確保することが難しかったが複合材を採用することで可能になった。

導入メリット / デメリットと需要[編集]

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、また、その需要もあった。DC-9のエンジンをプロップファンに換装したところ、燃料消費率は30 %改善されたが、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[編集]

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GE-36アンダクテッドファン (UnDucted Fan, UDF) の開発を進めた。GEのUDFは直結式であり、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。2段あるプロペラの内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おり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段構成。

ボーイング[編集]

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の搭載を検討していた。

マクドネル・ダグラス[編集]

マクドネル・ダグラスMD-94Xへの搭載を検討し、社有のMD80の左側にJT8Dの代わりにGE-36の搭載をしてカリフォルニア州モヘーベにて試験を行った。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、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を満たしており室内の騒音、振動も抑えられた。ジェット燃料の価格が下がったことにより、マクドネル・ダグラス社は計画を打ち切った。

アリソン / プラット&ホイットニー共同[編集]

1980年代、アリソンプラット&ホイットニーと共同で578-DXプロップファンを開発した。GE-36 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酷く低燃料消費の利点を打ち消した。

ソビエト連邦[編集]

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。

アントノフ An-180は機体後方にD-27を2機設置し推進する。1995年から運行開始。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基のD-27を懸垂式に装荷する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。その後、改めてウクライナ空軍とロシア空軍から受注した。

ロールスロイス[編集]

ロールスロイス RB3011 (以前はRB2011) はロールス・ロイス plcによって開発された試作のプロップファンエンジンである。この設計は同様に"オープンローター"エンジンとしても知られる。

設計と開発[編集]

RB3011は180-300席の航空機(例ボーイング 737エアバス A320)を想定して開発された。ロールスロイスplcは1995年にアリソン社を買収して1980年代に開発された578-DXを調査した。

エンジンはエンジンナセルの外側でプロペラが回転する同軸反転式で前後どちらかに配置される。プロペラの配置が前方、後方どちらの機種もロールスロイスの"15-50"年の長期的展望の一環で150席級旅客機への採用が検討される。入手可能で成熟した技術の多様な選択肢を基に現在[いつ?]のエンジンと比較して15-50%の燃料費削減が想定される。[1]

オープンローターの設計は通常のターボファンエンジンよりもエンジン排気口からの騒音を含み、増大することが知られている。前方のプロペラは前方のプロペラの端部からの翼端渦流の問題を避けるために後部のプロペラよりも直径が大きい。プロペラはエンジン駆動軸から遊星歯車を介して伝達される。これら歯車群は大量に発熱する。

エンジンはベッドフォードシャーベッドフォードの航空研究機構で試験中である。風洞実験はオランダのマルキネスのDNWで実施された。[2]

従来のターボファンよりも最大30%燃料消費を減らす事が望まれる。これはこの設計が採用された主な理由である。認証取得は2017年から2018年で市場に出るのは2020年が予定されている。

現在[いつ?][編集]

1980年代に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ー)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[いつ?]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。その後、石油価格が上昇するとともに、再び注目され、近年[いつ?]、各社で開発が進みつつある。[3]

アンダクテッドファン[編集]

NASA/GEが開発中のアンダクテッドファン

NASAとGEアビエーションが新型のプロップファンを開発中であり[4]、2009年初頭に風洞実験を開始する予定である。

主なプロップファン[編集]

プロップファン搭載機[編集]

注釈[編集]

  1. ^ Aviation Week & Space Technology/November 24, 2008
  2. ^ [1]
  3. ^ [2]CFM partners renew vows, launch Leap-XCFM reveals next-generation engine plansCFM International Increases Open-Rotor
  4. ^ A New “Open Rotor” Jet Engine That Could Reduce Fuel Consumption | Efficient engines

出典[編集]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]