保存されているアブロヨークに設置されたロールスロイスマーリン

航空機エンジンは、しばしば航空エンジンとも呼ばれ、航空機 推進システムの動力部品です。動力部品を使用する航空機は、動力飛行と呼ばれます。[1]ほとんどの航空機エンジンはピストンエンジンまたはガスタービンですが、少数の航空機エンジンはロケットエンジンを使用しており、近年では多くの小型無人航空機で電気モーターが使用されています。

製造業

2025年現在、航空機エンジンの世界市場はヨーロッパとアメリカの4つのメーカーが独占している。[2]

航空機エンジン、特にジェットエンジンの市場は参入障壁が非常に高い。[2]航空機エンジンは高度な技術と材料を使用し、開発には約8年の歳月と数十億ドルまたは数十億ユーロの費用がかかり、航空安全当局による厳格な安全認証に合格する必要がある。[2]

その結果、エンジン市場への参入には極めて多額の資本と時間が必要となり、既存のメーカーを競争から守る役割を果たしています。[2]ジェットエンジンの世界市場への最後の参入成功例は、1970年代のゼネラル・エレクトリック社です。 [3]しかし、こうした参入障壁により、既存メーカーにとって市場は非常に有利なものとなっています。2025年時点で、主要なジェットエンジンメーカーは過去5年間で100～1,000%の株主還元を報告していますが、主要顧客であるエアバスとボーイングの株主還元は低水準またはマイナスとなっています。[2]

エンジン自体は通常、赤字で販売されますが、メーカーはエンジンの約30年間の寿命にわたって、メンテナンスサービスとスペアパーツの販売から利益を得ており、[2]剃刀と刃のビジネスモデルに倣っています。これは、メーカーにとって、新しいエンジンよりも多くのサービスとスペアパーツを必要とする古いエンジンの使用から最大の利益を得るため、新しいエンジンの生産を減速させたり、納入を遅らせたりする逆説的なインセンティブを生み出します。[2]このことが、新型エンジンの入手困難につながり、2023年以降のCOVID後の航空産業の復活に向けて、エアバスとボーイングが航空機生産を増強しようとする取り組みのボトルネックとなっています。[2]

開発の歴史

ライト垂直4気筒エンジン

シャフトエンジン

往復（ピストン）エンジン

直列エンジン

X エンジン、U エンジン、H エンジンなどの航空直列エンジンのその他の構成については、「直列エンジン (航空)」を参照してください。

フェアチャイルドPT-19に搭載されたレンジャーL-440空冷直列6気筒倒立エンジン

V型エンジン

ロールスロイス・マーリンV-12エンジン

水平対向エンジン

ULPower UL 350iS水平対向空冷航空エンジン

H構成エンジン

星型エンジン

プラット・アンド・ホイットニーR-2800エンジン

星型エンジンは、クランクシャフトの周りにシリンダーが円形に配置されています。エンジンは空冷式であるため、過熱する可能性があり、問題となることがあります。液冷式エンジンと比較して、星型エンジンはより頑丈で、ダメージを吸収しやすいという利点があります。

回転星型エンジン

ル・ローヌ9Cロータリー航空機エンジン

回転式星型エンジンは、星型エンジン（上記参照）と同様に、クランクケースの周囲にシリンダーが円状に配置されているが、クランクシャフトは機体に固定され、プロペラはエンジンケースに固定されているため、クランクケースとシリンダーが回転する。この配置の利点は、低速時でも十分な冷却風量を確保できることで、従来の空冷エンジンの大きな欠点の一つを克服しながら、軽量化と簡便性という利点も享受できる。最初の実用ロータリーエンジンは、セガン兄弟が設計し、1909年に初飛行したノーム・オメガである。その相対的な信頼性と優れた出力重量比は、航空技術を劇的に変えていった。[13]

ヴァンケルエンジン

シュライヒャーASH 26e自走式モーターグライダーの動力装置。グライダーから取り外され、ドイツ・ポッペンハウゼンのアレクサンダー・シュライヒャー社で整備のため試験台に設置されている。左上から反時計回りに：プロペラハブ、ベルトガイド付きマスト、ラジエーター、ヴァンケルエンジン、マフラーシュラウド。

ヴァンケルはロータリーエンジンの一種である。ヴァンケルエンジンは、同等の出力を持つ従来の4ストロークサイクル ピストンエンジンに比べて重量とサイズが約半分で、複雑さもはるかに少ない。航空機への応用では、出力対重量比が非常に重要であるため、ヴァンケルエンジンは適切な選択肢となる。エンジンは通常、アルミニウム製のハウジングと鋼鉄製のローターで構成されており、アルミニウムは加熱されると鋼鉄よりも膨張するため、ヴァンケルエンジンはピストンエンジンとは異なり、過熱しても焼き付きが発生しない。これは、航空機での使用において重要な安全要因である。これらの設計の開発は第二次世界大戦後に大幅に始まったが、当時の航空機業界はタービンエンジンの使用を好んでいた。ターボジェットエンジンまたはターボプロップエンジンは、最大の航空機から最小の設計まで、すべての航空機に動力を与えることができると考えられていた。ヴァンケルエンジンは航空機ではあまり利用されなかったが、マツダの人気スポーツカーシリーズに使用された。フランスのシトロエン社は1970年代にヴァンケルエンジン搭載のRE-2  [fr] ヘリコプターを開発した。 [14]

現代では、ヴァンケルエンジンは、コンパクトさ、軽量さ、滑らかさが非常に重要となるモーターグライダーに使用されています。 [15]

燃焼サイクル

1930年代から、実用的な航空機用ディーゼルエンジンを生産する試みがなされてきました。一般に、ディーゼルエンジンは信頼性が高く、中程度の出力設定で長時間稼働させるのに適しています。1930年代の軽量合金は、ディーゼルエンジンのはるかに高い圧縮比に対応できず、一般にパワーウェイトレシオが悪く、その理由で一般的ではありませんでしたが、Clerget 14F ディーゼル星型エンジン(1939) は、ガソリン星型と同じパワーウェイトレシオを実現しています。自動車のディーゼル技術の改善 (パワーウェイトレシオが大幅に向上)、ディーゼルの燃費効率がはるかに優れていること、およびヨーロッパでは Jet A1 に比べて AVGAS に高い相対的課税が課されていることから、航空機でのディーゼル使用への関心が再び高まっています。[要出典] Thielert Aircraft Engines は、メルセデス ディーゼル自動車用エンジンを改造して航空機用として認証財政問題がティーレルトを悩ませていたため、ダイアモンドの関連会社であるオーストロ・エンジンがメルセデスのエンジンをベースにした新型AE300ターボディーゼルを開発した。 [16]

発電タービン

ターボプロップ

ギャレットTPE-331ターボプロップエンジンの断面図。エンジン前部のギアボックスが見える。

ターボシャフト

多くの種類のヘリコプターに共通するアリソンモデル250ターボシャフトエンジン

電力

1960年代以降、QinetiQ Zephyrなどの電気駆動航空機が数多く設計されてきた。 [17] [18]一部は軍用ドローンとして使用されている。[19]フランスでは2007年後半、リチウムポリマー電池を使用した18kWの電動モーターで駆動する従来型の軽飛行機が50キロメートル（31マイル）以上を飛行し、耐空証明を取得した最初の電気飛行機となった。[17]

2020年5月18日、ピピストレルE-811は、EASA（欧州航空安全局）から一般航空用途向けの型式証明を取得した最初の電気航空機エンジンとなりました。E-811は、ピピストレル・ヴェリス・エレクトロに搭載されています。[20] [12]

シーメンスをはじめとする多くの大企業が、航空機用高性能電動エンジンの開発に取り組んでいます。また、SAEは、より高効率な純銅コア電動モーターなどの要素技術における新たな開発成果を発表しました。スペインのマドリードにあるAxter Aerospaceは、緊急時のバックアップおよび離陸時の補助動力源としてハイブリッドシステムを販売しています。[21]

反応エンジン

ジェットタービン

ターボジェット

ゼネラル・エレクトリック社製J85 -GE-17Aターボジェットエンジン。この断面図では、エンジン前部（写真左側）の8段軸流圧縮機、中央の燃焼室、そしてエンジン後部の2段タービンが明確に示されています。

ターボファン

CFM56-3ターボファンエンジンの断面図

先進技術エンジン

先進技術エンジンという用語は、最新世代のジェットエンジンを指します。[22]

パルスジェット

グルハレフ圧力ジェット

ロケット

XLR99​

ロケットタービンエンジン

ロケットタービンエンジンは、液体燃料ロケットとタービンジェットエンジンという2種類の推進エンジンを組み合わせたものです。その出力重量比は通常のジェットエンジンよりもわずかに高く、より高い高度で作動します。[23]

予冷ジェットエンジン

ピストンターボファンハイブリッド

2018年4月のILAベルリン航空ショーで、ミュンヘンに拠点を置く研究機関de:Bauhaus Luftfahrtは、ギアードターボファンとピストンエンジンコアを組み合わせた、2050年を見据えた高効率複合サイクルエンジンを発表しました。直径2.87メートル、16枚羽根のファンは33.7の超高バイパス比を実現し、ギアード低圧タービンで駆動されます。一方、高圧コンプレッサーの駆動は、高圧タービンのない10ピストンバンク2基のピストンエンジンで行われ、非定常等容積燃焼による等圧燃焼で効率が向上し、ピーク圧力と温度が上昇します。この11,200ポンド（49.7 kN）のエンジンは、50席のリージョナルジェット機に搭載可能です。[24]

巡航TSFCは11.5 g/kN/s（0.406 lb/lbf/hr）、エンジン全体の効率は48.2%、バーナー温度は1,700 K（1,430 °C）、全体圧力比は38、ピーク圧力は30 MPa（300 bar）となる。[25] エンジン重量は30%増加するが、航空機の燃料消費量は15%削減される。[26]欧州委員会 のFramework 7プロジェクトLEMCOTECの下で、Bauhaus Luftfahrt、MTU Aero Engines、GKN Aerospaceが2015年にこのコンセプトを発表し、エンジン全体の圧力比を100以上に引き上げて、2025年のエンジンと比較して15.2%の燃料燃焼削減を実現した。[27]

エンジン位置番号

3発エンジンのボーイング727の推力レバー。それぞれにエンジン番号が付けられている。

多発エンジン機では、エンジンの位置はパイロットの前方から見て左から右に番号が付けられており、例えばボーイング747のような4発エンジン機では、エンジン1は胴体から最も遠い左側にあり、エンジン3は胴体に最も近い右側にあります。[28]

双発機のイングリッシュ・エレクトリック・ライトニングの場合、胴体部に上下に2基のジェットエンジンが搭載されており、エンジン1はエンジン2の下方かつ前方、エンジン2は上方かつ後方に配置されています。[29]

燃料

製油所では、高オクタン価を実現するために航空ガソリンに四エチル鉛（TEL）を混合していますが、政府は道路車両用ガソリンにはこの方法を許可していません。TELの供給量が減少し、環境法によって使用が禁止される可能性もあるため、パイロット団体は一般航空機用の代替燃料の探索を優先事項としています。[30]

模型飛行機は通常、メタノール、ニトロメタン、潤滑油の混合物であるグロー燃料を動力源とするニトロエンジン（グロープラグを使用することから「グローエンジン」とも呼ばれる）を使用しています。電動模型飛行機[31]やヘリコプターも市販されています。小型のマルチコプター型無人航空機（UAV）は、ほとんどの場合電気で駆動されますが[32] [33]、より大型のガソリン駆動型も開発中です。[34] [35] [36]

参照

注記

  1. ^ 世界初のスーパーチャージャー搭載量産車は航空機よりも早く登場した。メルセデス・ベンツ6/25/40馬力とメルセデス・ベンツ10/40/65馬力の両モデルは1921年に発売され、ルーツ式スーパーチャージャーを搭載していた。GN Georgano編 (1982). The new encyclopedia of motorcars 1885 to the present (第3版). New York: Dutton. pp. 415. ISBN 978-0-525-93254-3。

参考文献

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  2. ^ abcdefgh マイヤー、アンジェラ (2025-08-30). 「Triebwerksbauer haben die breitesten Burggräben」。Neue Zürcher Zeitung (スイス高地ドイツ語)。ISSN  0376-6829 。2025-08-30に取得。
  3. ^ Maier (2025)、投資家のChris Hohn氏の言葉を引用：「50年以上市場参入者がいない。最後の参入者はGEだった」。
  4. ^ abc イアン・マクニール編 (1990). 『技術史百科事典』ロンドン: ラウトレッジ. pp. 315–21. ISBN 978-0-203-19211-5。
  5. ^ギブス＝スミス 、チャールズ・ハーバード（1970年）『航空：その起源から第二次世界大戦終結までの歴史的概観』ロンドン：女王陛下文具局。ISBN 9780112900139。
  6. ^ ギブス＝スミス、チャールズ・ハーバード（1960年）『飛行機：その起源と発展の歴史的概観』ロンドン：女王陛下文具局。
  7. ^ ウィンター、フランク・H.（1980年12月）「ダクテッドファンか世界初のジェット機か？コアンダの主張の再検証」『航空ジャーナル』第84巻（839号）. 英国王立航空協会：408-416 . doi :10.1017/S0001924000031407.
  8. ^ ダン・アントニウ;ジョージ・シコシュ。ブイウ、イオアン・ヴァシル。バルトク、アレクサンドル。シュティック、ロバート (2010)。アンリ・コアンダと 1906 年から 1918 年にかけての彼の技術的研究(ルーマニア語)。ブカレスト：エディトゥラ・アニマ。ISBN 978-973-7729-61-3。
  9. ^ グットマン、ジョン（2009年）『SPAD XIII vs. フォッカー D VII：西部戦線1918』（第1版）オックスフォード：オスプレイ、  24～ 25頁。ISBN 978-1-84603-432-9。
  10. ^ パウエル、ヒックマン（1941年6月）「彼は竜巻を操った…」『ポピュラーサイエンス』
  11. ^ アンダーソン、ジョン・D（2002年）『飛行機：その技術の歴史』アメリカ航空宇宙学会（American Institute of Aeronautics and Astronautics）, バージニア州レストン, アメリカ合衆国. pp.  252– 53. ISBN 978-1-56347-525-2。
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  14. ^ ブーレー、ピエール (1998)。ラリヴィエールガイド（編）。Les hélicoptères français (フランス語)。ラリヴィエール (エディション)。ISBN 978-2-907051-17-0。
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  16. ^ 「Diamond Twins Reborn」. Flying Mag. 2014年6月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年6月14日閲覧。
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  22. ^ Wragg, David W. (1973). 『航空辞典』（初版）. Osprey. p. 4. ISBN 9780850451634。
  23. ^ 「液体ロケットタービンの効率に及ぼす要因の影響分析」Zu, Guojun; Zhang, Yuanjun 『推進技術ジャーナル』 第6号、p. 38-43, 58.[1]
  24. ^ David Kaminski-Morrow (2018年4月24日). 「ハイブリッドギアードファンとピストンのコンセプトは燃料消費量を大幅に削減できる」Flightglobal .
  25. ^ 「コンポジットサイクルエンジンコンセプト技術データシート」(PDF)。バウハウス空軍基地。
  26. ^ 「複合サイクルエンジンのコンセプト」.バウハウス空軍基地。
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  28. ^ 全米ビジネス航空機協会 (1952). ビジネスのためのスカイウェイズ. 第11巻. Henry Publications. 52ページ.
  29. ^ “イングリッシュ・エレクトリック・ライトニング F53 (53-671) – 動力装置”.ガトウィック航空博物館. 2018年6月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年6月9日閲覧。
  30. ^ 「EAAのアール・ローレンス氏が国際航空燃料委員会の事務局長に選出」（プレスリリース）。2013年3月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。
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  35. ^ 「ゴリアテ - ガソリン駆動クアッドコプター」hackaday.io .
  36. ^ 「重量物運搬用クワッドコプターが50ポンドの荷物を持ち上げます。ガソリン駆動のHULK（HLQ）です」Industry Tap、2013年3月11日。
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  • 「エンジンディレクトリ」. Flight International . 1997年9月24日.