エンジン

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エンジン ジェットエンジンとはどのようにして動くか? 推力とは何ですか ジェットエンジンの部品 最初のジェットエンジン-初期エンジン小史 ジェットエンジンの種類 ターボジェット Turboprops ターボファン Turboshafts エンジン

ジェットエンジンとはどのようにして動くか?

ジェットエンジンは大きな推進力を生み出し、飛行機を前に進めて非常に速く飛行させるのだそうです。

ガスタービンとも呼ばれるジェットエンジンは、すべて同じ原理で動いています。 エンジンは前方からファンで空気を吸い込みます。 コンプレッサーで空気の圧力を上げます。 コンプレッサーは、軸にたくさんの羽根を取り付けたものです。 羽根は高速で回転し、空気を圧縮したり、絞ったりします。 圧縮された空気に燃料を吹き付け、電気火花で点火する。 燃焼したガスは膨張し、エンジン後部のノズルから噴出する。 ガスの噴射が後方に向かうと、エンジンと飛行機は前方に押し出される。 高温の空気はノズルに向かうとき、タービンと呼ばれる別の羽根のグループを通過する。 タービンはコンプレッサーと同じシャフトに取り付けられている。 タービンを回すと、コンプレッサーが回転する仕組みになっています。 空気はエンジンの芯を通り、また芯の周りにも流れます。 このため、空気は高温になるものと低温になるものがある。 冷たい空気は、エンジンの出口で熱い空気と混ざり合う。

これは、エンジンの中を空気がどのように流れるかの写真です

推力とは何ですか

推力とは、エンジンを押し進める力、したがって飛行機を前に押し進める力のことです。 アイザック・ニュートンは、「すべての作用には、等しく反対の反作用がある」ことを発見しました。 エンジンはこの原理を利用している。 エンジンは大量の空気を取り込む。 その空気は加熱され、圧縮され、減速される。 その空気は、回転する多くの羽根の間を通り抜ける。 この空気にジェット燃料を混ぜると、空気の温度は3,000度にもなります。 この空気の力を利用してタービンを回す。 最後に、空気が離れると、エンジンから後方に押し出される。 これにより、飛行機が前に進むのです。

ジェットエンジンの部品

ファン-ファンはターボファンの最初の部品である。 大きく回転するファンで、大量の空気を吸い込みます。 このファンの羽根は、ほとんどがチタンでできています。 そのため、このファンで吸い込まれた空気は高速化され、2つの部分に分けられます。 1つはエンジンの中心部を通り、他のエンジン部品に作用する部分です。 4880＞第二の部分は、エンジンの中心部を「迂回」して、中心部を取り囲むダクトを通ってエンジンの後部に至り、そこで飛行機を前進させる力の多くを生み出す。 この冷えた空気は、エンジンを静かにさせるだけでなく、エンジンに推進力を加えるのに役立ちます。

コンプレッサー-コンプレッサーは、エンジンコアの最初の部品である。 コンプレッサーは、多数の羽根を持つファンを軸に取り付けたものである。 コンプレッサーは、入ってきた空気を徐々に小さな面積に絞り込み、結果として空気圧を上昇させる。 その結果、空気のエネルギーポテンシャルが上昇する。 圧縮された空気は燃焼室に押し込まれる。

燃焼器-燃焼器では空気は燃料と混合され、点火される。 燃料を噴射するノズルは20個もあり、空気流の中に燃料を噴射する。 空気と燃料の混合物に火がつく。 このとき、高温で高エネルギーの気流が発生する。 燃料は圧縮空気中の酸素と燃焼し、高温の膨張ガスが発生する。 燃焼器の内部は耐熱室となるため、セラミック材料で作られていることが多い。 1796>

タービン – 燃焼器から出た高エネルギーの空気流はタービンに入り、タービンブレードを回転させる。 タービンはシャフトで連結され、コンプレッサーのブレードを回転させ、前部の吸気ファンを回転させる。 この回転によって、高エネルギーの流れから、ファンやコンプレッサーの駆動に使われるエネルギーが奪われる。 燃焼室で発生したガスはタービンの中を移動し、そのブレードを回転させる。 ジェット機のタービンは何千回も回転する。 そのため、このような「忖度」は、「忖度」と「忖度」の間にある「忖度」と「忖度」の間にある「忖度」の間にある「忖度」である。 このため、このような弊害が生じます。 そのため、このような場合にも、「ディアボロス」を使用することができます。 高温の空気と低温の空気の組み合わせが排出され、排気を生成し、前方への推進力を発生させる。 ノズルの前にはミキサーがあり、エンジンのコアから来る高温の空気と、ファンでバイパスされた低温の空気を結合させる。 ミキサーは、エンジンの静粛性を高めるのに役立ちます。

最初のジェットエンジン-初期エンジン小史

18世紀のアイザック・ニュートン卿は、後方に流れた爆発が機械を猛スピードで前進させることができると初めて理論化した人物である。 この理論は、彼の運動の第三法則に基づくものであった。 1796年＞ ＜4880年＞アンリ・ギファールは、最初の航空機用エンジンである3頭式蒸気機関を搭載した飛行船を建造した。 1874年、フェリックス・デ・テンプルが石炭を燃料とする蒸気機関を使って丘の下を飛ぶ単葉飛行機を作った。

1894年、アメリカのハイラム・マキシムは2台の石炭焚き蒸気機関を使って3連複葉機を飛ばそうとした。 数秒しか飛べなかった。

初期の蒸気エンジンは、加熱した石炭を燃料としており、一般に飛行には重すぎた。 1896年、彼は蒸気エンジンを搭載した無人飛行機「アエロドローム号」の飛行に成功した。 1マイルほど飛んでから蒸気が出なくなった。 その後、ガスエンジンを搭載した実物大の飛行機「エアロドロームA」を作ろうとした。 1903年、ライト兄弟は12馬力のガスエンジンを搭載したフライヤーを飛ばした。

ライト兄弟の初飛行の年である1903年から1930年代後半までは、プロペラ付きのガス式内燃機関の往復が唯一の推進手段であった。

1930年に最初のターボジェットエンジンを設計し、特許を取得したのは、イギリスのパイロット、フランク・ホイットルでした。 ホイットルエンジンは、1941年5月に初飛行に成功しました。 このエンジンは、多段式の圧縮機と、燃焼室、単段式のタービン、ノズルを備えていた。

ホイットルがイギリスで研究していた頃、ドイツではハンス・フォン・オハインが同様の設計に取り組んでいた。 ガスタービンエンジンの使用に成功した最初の飛行機は、1939年8月、ドイツのハインケルHe178であった。 世界初のターボジェットエンジンによる飛行であった。

ゼネラル・エレクトリック社は、アメリカ陸軍航空隊のジェット機用にアメリカ初のジェットエンジンを製造した 。

ジェットエンジンの種類

ターボジェット

ターボジェットエンジンの基本は簡単である。 エンジン前面の開口部から取り入れた空気を、コンプレッサーで元の圧力の3～12倍まで圧縮する。 その空気に燃料を加えて燃焼室で燃やし、混合気の温度を約1,100～1,300℃に上昇させる。 タービンとコンプレッサーの効率が良ければ、タービン吐出口の圧力は大気圧のほぼ2倍になり、この過剰な圧力はノズルに送られ、高速のガス流を発生させ、推力を生み出す。 また、アフターバーナーを使用することにより、推力を大幅に増加させることができる。 タービンの後、ノズルの前に設けられた第2の燃焼室である。 アフターバーナは、ノズルの前方にあるガスの温度を上昇させる。 この温度上昇の結果、離陸時の推力は約40％増加し、飛行機が空中に出てからの高速飛行ではさらに大きな割合で増加します。

ターボジェットエンジンは反応エンジンである。 リアクションエンジンでは、膨張した気体がエンジンの前面を強く押す。 ターボジェットは空気を吸い込み、圧縮したり、しぼませたりします。 気体はタービンの中を流れ、タービンを回転させる。 この気体が跳ね返って排気の後方から噴出し、飛行機を前に押し出すのです。

Turboprops

ターボプロップエンジンはプロペラに取り付けられたジェットエンジンのことで、ターボプロップエンジンはプロペラに取り付けられている。 高温のガスで後部のタービンを回し、これでシャフトを回転させてプロペラを駆動する。 小型旅客機や輸送機の中には、ターボプロップエンジンを搭載したものもあります。

ターボプロップエンジンは、ターボジェットと同様に圧縮機、燃焼室、タービンからなり、空気やガスの圧力でタービンを回し、圧縮機を駆動するための動力を作り出します。 ターボジェットエンジンに比べ、ターボプロップは時速約500マイル以下の飛行速度での推進効率に優れている。 現代のターボプロップエンジンは、より高速で効率よく飛行できるように、直径は小さいがブレードの枚数が多いプロペラを搭載している。 高速飛行に対応するため、ブレードは先端が鋭角になるような三葉形になっている。 ターボプロップエンジンの写真

ターボファン

ターボファンエンジンは、前部に大きなファンを持ち、空気を吸い込む。 空気の大部分はエンジンの外側を流れるため、静かで、低速時の推力も大きくなる。 現在の旅客機はほとんどがターボファンで動いている。 ターボジェットでは、吸気口から入った空気はすべて、圧縮機、燃焼室、タービンからなるガス発生器を通過する。 ターボファンエンジンでは、吸入された空気の一部だけが燃焼室に入る。 残りの空気はファンや低圧コンプレッサーを通り、「コールド」ジェットとして直接噴射されるか、ガス発生器の排気と混合されて「ホット」ジェットを発生させる。 このようなバイパスシステムの目的は、燃料消費を増やさずに推力を増加させることである。 ターボファンエンジンの写真

Turboshafts

これはガスタービンエンジンの別の形態で、ターボプロップシステムによく似た動作をします。 プロペラを駆動しない。 その代わり、ヘリコプターのローターに動力を供給する。 ターボシャフトエンジンは、ヘリコプターのローターの回転数がガスジェネレーターの回転数に依存しないよう設計されています。 このため、発電機の回転数を変化させて発電量を調節しても、ローターの回転数を一定に保つことができる。 ジェット機の速度で空気を「ラム」させ、エンジンの中に押し込む。 回転機械が省略されたターボジェットが基本です。 圧縮比が速度に依存するため、用途は限られる。 また、音速以下では静的な推力はなく、ほとんど推力を発生させない。 そのため、他の航空機のように離陸を補助するものが必要である。 ラムジェットは、主に誘導ミサイルシステムに使用されている。 宇宙船にもこのタイプのエンジンが使われている。