航空用エンジン
航空用エンジン (英語:Aircraft engine)または航空エンジンは、航空機に搭載され、航空機の飛行に必要な推力（推進力）を生み出すエンジンである。これをメインエンジンと呼び、APUといったサブエンジンは、一般的に航空用エンジンに含まれない。
現在世界中で使われている航空機用エンジンは、ほぼ全て内燃機関である。研究用又はデモンストレーション用に幾例か電動機を使ったものが存在するが、電動機はエンジンに含まれないため本稿の対象外である。
目次 |
航空用エンジンの分類 [編集]
一例として、航空用エンジンを、作動流体の種類、圧縮方法、推進力を発生させる流体の種類で分類すると次のようになる。
| エンジンのタイプ | エンジン作動流体 | 圧縮の方法 | 推進力を発生させる流体 |
|---|---|---|---|
| ピストンエンジン | 燃料・空気混合気 | ピストンの往復運動 | 空気 |
| ターボジェットエンジン | タービンで駆動する圧縮機の回転 | 燃焼ガス | |
| ターボファンエンジン | 空気／燃焼ガス | ||
| ターボプロップエンジン | 空気+タービン後排気ガス | ||
| ターボシャフトエンジン | 空気 | ||
| ラムジェットエンジン | 飛行により生じる動圧 | 燃焼ガス | |
| パルスジェットエンジン | 燃焼から生じる圧力と弁の開閉 | ||
| ロケットエンジン | 酸化剤・燃料混合気 | 燃焼から生じる圧力 |
タービンで駆動する圧縮機により混合気を圧縮するタイプ（排気タービン過給式ピストンエンジンを除く）のエンジンを、ガスタービンエンジンと総称することもある。
航空用エンジンに求められる条件 [編集]
- プロペラ又は回転翼の回転に用いられるエンジンは、馬力当たり重量がより低いこと。また燃焼ガスやファンの空気の流れの噴流によって推力を得るタイプのエンジンは、推力重量比がより高いこと。ペイロード増加と、搭載燃料増による航続距離延長に貢献する。また機体の運動性にも影響を与える。
- 燃料消費率が低いこと。これもペイロード増加と、航続距離延長に貢献する。運用コスト低下に貢献できる。
- 信頼性が高いこと。具体的には、航空機の飛行時に想定されるあらゆる飛行条件下で、故障せずに定められた基準以上の出力又は推力を発生できること。飛行中のエンジンストップは絶対に避けなければならないし、突然のパワーダウンも飛行高度を維持することを困難にする。自動車のように調子が悪くなって路肩に止めて対処するといった芸当は航空機では出来ないので、故障率を極力少なく抑え込むということは非常に重要なポイントである。
- 耐久性が十分あること。十分なエンジン寿命があること。定められた耐久試験に合格していること。オーバーホール間隔の拡大に貢献し、上記の信頼性にも影響を与える。運用コスト低下にも貢献する。
- エンジンの寸法が小さいこと。前面面積が小さければ、飛行時の抗力低下に貢献できる。
- 振動が少ないこと。航空機は軽量化によりギリギリの設計で機体が造られているので、あまりに振動がひどいと航空機本体にダメージを与え、故障発生の原因となり得る。また快適性にも悪い影響与えかねない。
- 整備性の良いこと。望ましい条件として、出来るだけ分解せずに外からの検査が容易、ファイバースコープ使うなどして内部の検査も容易、部品交換が容易、分解検査においては分解と組立が容易、機体本体からエンジンの取り外しが容易、部品が長期間入手可能で入手に時間のかからないこと。整備期間が短縮し、機体の稼働率向上につながり、結果として運用コスト低下に貢献する。
航空用エンジンの歴史 [編集]
「航空に関する年表」も参照
- 1852年9月23日 - フランスのアンリ・ジファールが、蒸気機関で駆動するプロペラをつけた有人飛行船の飛行に成功した。この飛行船は史上初の動力付き航空機となった。出力3PS、時速8km。
- 1872年12月13日 - ドイツのパウル・ヘンラインが、ガスを燃料とする内燃機関を推進用エンジンとした飛行船の飛行を行なった。内燃機関を用いて飛行に成功した初めての航空機となった。ルノアール製4気筒ピストンエンジン、エンジン重量233kg、排気量19.2L、最大出力6PS、連続出力3PS、燃料は合成ガス。時速19km。
- 1888年8月10日 - ドイツのフリードリッヒ・ヘルマン・ヴェルファートが、ガソリンを燃料としたピストンエンジンを搭載した飛行船の飛行に成功する。ガソリンを燃料としたピストンエンジンを搭載して、飛行に成功した初めての航空機である。ダイムラー製ガソリン燃料ピストンエンジン、Standuhrを搭載。
- 1900年7月2日 - ドイツのフェルディナント・フォン・ツェッペリンが、硬式飛行船として世界初のツェッペリンLZ-1の飛行に成功する。LZ-1は、ダイムラー製15PSピストンエンジンを2基搭載。時速28km。
レシプロエンジン [編集]
動力付き航空機誕生から使用され、特に各形式の4ストロークのガソリンエンジンが用いられる。第二次世界大戦中に飛躍的に発展し2,000馬力超のエンジンが実用化された、冷却方式により空冷・水冷に大別される。シリンダーの数も増え究極的には、P&Wの28シリンダー3,500馬力まで出現した。[1]その後ジェットエンジンの発達、特にターボプロップエンジンの登場により、20世紀後半以降、レシプロエンジンの使用は数百馬力程度までの小型機用エンジンに限られるようになっている。いずれプロペラはその先端部が音速を超えるとの推力が著しく低下するのでプロペラ機の速度は時速750㎞程度が限界である。[2]
ジェットエンジン [編集]
- 詳細はジェットエンジンの項参照。
エンジン搭載パターン [編集]
旅客機には、さまざまな航空用エンジンの搭載パターンがある。このうち、エンジンを後部に搭載するものをリアエンジン方式とよぶ。航空機に取り付けられたエンジンは通常「発（はつ）(発動機)」で数え、エンジンを2基搭載する旅客機は双発機（そうはつき）、3基取り付けるときは3発機、4基の場合は4発機などとよばれる。
航空機のエンジンは左右でバランスが取れるように配置する。2発や4発の偶数では、両主翼下もしくは後部の両端に同じ数ずつのエンジンを配置する。3発では、2発の配置に加えて垂直尾翼基部に1基を配置する。
以前は、双発機の場合、エンジン1基が停止した場合に備え、最寄の空港から120分以上離れたところを飛ぶことが出来ず、大洋を最短経路で飛ぶことは許されなかった（これをETOPS 120という）。そのため、双発機ではできない洋上飛行が可能でありながら、4発機よりエンジンが1つ少なく適当な収容能力と運用コストを持った3発機は、大型旅客機市場でそれなりの地位を占めていた。
しかし、3発機ではDC-10のように垂直尾翼の根元付近にエンジンを設けると位置が高いため整備が難しくなり、L-1011のようにS字ダクトにすると吸気効率が犠牲となる。また双発機でも十分な推力のエンジンが登場し、最寄の空港から180分 (ETOPS 180) や207分 (ETOPS 207) 離れた地点を飛ぶことが可能との認定を受けた信頼性の高いエンジンが登場すると、双発機での大洋横断も可能になった。このことによって、3発機はその活躍の場を大きく狭めることとなった。しかし、そうした3発機は旅客機としては数が少なくなってきているものの、貨物機としてフェデックスなどに中古で買い取られるケースが増えている。
関連項目 [編集]
出典 [編集]
外部リンク [編集]
- Aircraft Gas Turbine Engines and Spray Technology
- Aircraft Engines and Aircraft Engine Theory (includes links to diagrams)
- Experimental aircraft and aircraft engines
- Structural Dynamics and Vibration Laboratory of McGill University
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