【飛行機の仕組み】ターボプロップエンジン仕組み、歴史を解説【ゆっくり解説】【航空工学】

見て見て魔理沙あの飛行機プロペラがつい てるわよあこれはターボプロップエンジン を搭載したATR42600形だな飛行機 の名前ってなんだか覚えにくいわねそれに ターボプロップエンジンって何なの やっぱり車のエンジンとかとは全然違うの ああ車のエンジンで採用されている レシプロエンジンとは違うなそれじゃあ 今回は ターボプロップエンジンの仕組みや 歴史などについて解説していくぜこの チャンネルでは航空機技術に関する仕組み 構造などを解説していくから 良かったらチャンネル登録で応援して もらえると嬉しいんだぜ まずはターボプロップエンジンがどういう ものなのか 解説していくぜお願いするわまず飛行機に は大きく分けてプロペラ機と呼ばれる機体 があるその名前の通りプロペラ機は プロペラを推進力として利用する機体なん だがそのプロペラ気に長く採用し続けられ ているのがターボプロップエンジンだ かつての飛行機は車と同じレシプロ エンジンが主流だったが 1940年代頃からプロペラ機のエンジン はターボプロップエンジンに置き換え られるようになった ちなみにプロップというのは英語で プロペラを意味するぜ意味がわかると名前 も覚えやすいわね ターボって言葉がついているけど車の ターボエンジンと関係あるの 察しがいいな霊夢 ターボプロップエンジンには車のターボ エンジンと同じようにコンプレッサーと いう過給機が付いているぜ構成としては前 から順にプロペラギアボックス コンプレッサー 燃焼室 タービンとなっているぜ前から空気を 取り込みコンプレッサーで圧縮して 燃料を拭いて燃焼させ発生したガス タービンを回してコンプレッサーと プロペラを回すという仕組みだレシプロの ターボエンジンと仕組みは似ているわね そうだなただ車とは燃焼形態が違っていて ターボプロップエンジンは連続燃焼で車に 使われるレシプロエンジンは完結燃焼なん だそれって何が違うの間欠燃焼はガスを 燃焼した時に膨張する力を利用するタイプ だレシプロエンジンはシリンダー内のガス を圧縮して燃焼 膨張させてピストンを動かして動力を 取り出しているそれに対し連続燃焼では 燃焼ガスの流れる速度を利用して動力を 得るんだなるほどねじゃあターボプロップ エンジンでは 燃焼ガス型エマ無く流れ続けてるって イメージでいいのかしらそうだななんと なくイメージしてもらえたようで何よりだ ぜ ターボプロップエンジンではプロペラを 回して主な推力を得ているが タービンを回した後の廃棄でも1割程度の 水力があると言われているんだ ジェットエンジンの場合ではタービンが なく 排気ガスをそのまま後ろに噴射して推力の 全てを賄っているんだだから ターボプロップエンジンも厳密に言えば ジェットエンジンの一種なんだぜそうなの ねじゃあターボプロップとジェットの違い は タービンでプロペラを回すかそのまま排気 で推力を得ているかの違いってことなのね そういうことだなだからどちらも分類とし ては同じガスタービンエンジンなんだ次は 各部を前から順に細かく解説していくぜ まずはプロペラだ ターボプロップのプロペラは4枚以上の ブレードで構成されていることが多いんだ プロペラ欲の面積も大きいものが多く飛行 機の推力を得る重要な役割を果たしている ぜ ターボプロップ機の推力はほとんどこの プロペラから得ているんだったわねああ このプロペラで期待後方にゆっくりと 大きな風を送ることで大きな水力を得て いるんだただこのプロペラが早く回り すぎると 遠心力で期待が持たなくなったり 衝撃波で効率が悪くなったり 騒音がひどくなるなどよくないことが たくさん起きてしまうそこで必要になるの がギアボックスという減速装置だ タービンの回転数をそのままプロペラにを 与えると早く回りすぎてしまうからそれを 防ぐためにプロペラの回転数を落とすのが ギアボックスの役割だ タービンが回る速さってそんなに早いの そうなんだプロペラを正常な回転数まで 落とすために ギアを使って1/10以下の回転数にする んだぜ タービンとプロペラが回る速さがそんなに 違うのね確かにあんな大きなプロペラが ものすごい速さで回ってたらいろんな ところがすぐに壊れてしまいそうだわ次は コンプレッサーだコンプレッサーの役割は 空気を圧縮して 燃焼室に送り込むことだ タービンが回転することでコンプレッサー も回転するぜこの部分は車のターボ エンジンと似ているわねそうだな コンプレッサーのブレード形状には ラジアルフロートアキシャルフローの2 種類があるんだラジアルフローは 軸を中心に放射状に羽が並んでいて空気も 放射状に流れるそれに対しアキシャル フローは 軸と平行に羽が並んでいて空気の流れが まっすぐなんだぜやっぱりそれぞれに メリットとデメリットがあるのあーラジア は一段あたりの圧力比を大きくできて空力 的にも安定しているから 失速しにくいんだ 反面多段化が難しく空気の流量が増えると さばききれないデメリットがある一方で アキシャルフローは一段あたりの圧力比は 大きくないが多段化できるので総合的に 見ればアキシャルフローの方が大きな圧力 比を得られるんだぜ 圧力比が高い方がガスタービンエンジンの 効率は良くなるから近年のガスタービン エンジンではアキシャルフローの方が主流 だなそうなのねじゃあ航空機のエンジンで はラジアルフローは使われていないの そんなことはなくて一昔前にあった ロールスロイスのダートという ターボプロップエンジンではラジアル フローが採用されていたり 飽きるフローを数段入れて最後の段に ラジアルフローを採用するといった 組み合わせで使われることもあるぜダート の場合はストールというエンジンが失速 する現象を抑えるためにラジアルフローが 採用されていたし小型エンジンでは公団の ブレードが小さくなって機械加工が難しく なるからラジアルフロートの併用 考案されたんだなるほど 組み合わせることでデメリットを 補い合えるのねそういうことだ要は何でも 使い方次第ってことだな次は燃焼室だ コンプレッサーで圧縮された空気は 燃焼室に運ばれそこに燃料を噴射して 燃やすぜ 燃料って車で使うガソリンとは違うのあー ガスタービンエンジンでは ケロシン系のジェット燃料が使われること が多いな 燃焼室の形状にはいくつかあるがガス タービンエンジンではアミュラ型のものが 多いそして最後にタービンだ 燃焼室で発生した燃焼ガスが持つ圧力と 運動 軸の回転に変えるのが役割だ タービンによって得られた回転エネルギー はコンプレッサーを回すのとプロペラを 回すのに使われるんだぜコンプレッサーと プロペラを両方回すなんてすごい力なのね あーただタービンにも方式があって タービンの軸が一本でコンプレッサーと プロペラの両方を回す方式を直結タービン コンプレッサーとプロペラを回す軸を分け たフリータービンという方式があるぜあら てっきりコンプレッサーとプロペラの両方 を回すんだと思ってたけどそうではない ものもあるのねどうしてわざわざ軸を 分けるフリーター瓶なんてあるのフリー タービンの良いところは重いプロペラに よってコンプレッサーの回転が左右され ないことだコンプレッサーとプロペラの 最適な回転数は実はそれぞれ違っていて それをそれぞれ最適な設計にできるんだぜ エンジンを始動させる際にも直結型だと 大きなプロペラが負担になるためエンジン スターターも容量の大きなものが必要だっ たんだそれに人が乗り降りしてる時に エンジンをアイドリングさせていても プロペラをブレーキで止められるため安全 面でも利点があるんだぜそうなのね作りは 複雑になりそうだけどメリットが大きそう ね直結タービンには優れている点はないの もちろんあるぜ 霊夢が言う通り直結の方が構造がシンプル だし小型軽量に設計できたりエンジン レスポンスが良かったりなど直結にも メリットはたくさんあるぜただやはり効率 が良いフリーター瓶の方が採用されること が多いな 軸の配問題など頭が痛い部分はあるがそれ さえクリアできればフリーター瓶は メリットが大きいんだぜこれは設計力と 技術力が試されそうねそうだな構造の説明 が長くなってしまったがどれも重要な部分 だからしっかり解説させてもらったぜ 次はターボプロップエンジンのメリットと デメリットについて解説するぜお願いする わまずはメリットだが中低速域においては ターボジェットや ターボファンエンジンより 燃費効率がいいことだ中低速域限定なの あープロペラの推力を利用して効率よく 飛べるのは時速400マイルあたりまでで それ以上になるとプロペラから衝撃波が 発生するためあまり効率よく飛べないんだ プロペラが作る風の流速も追いつかなく なるため ターボプロップ機が活躍できるのは中低速 域ぐらいになるんだぜ逆に言えば中低速域 ではプロペラの推力のおかげで 燃費効率はかなりいいぜ近年ではあの感染 症が増えた影響で 航空機の利用者が激減してしまったが 欧米では乗客が少なくても 経済的に運行が可能なターボプロップ機の 需要が増えているんだそうなのね確かに 乗客が少ないのに大型のジェット機なんて 飛ばしていたらどんどん赤字になっちゃう ものねそうだなもう一つのメリットは加速 性能がいいので 滑走路でも離陸できることだ 短い滑走路なんてあるのあー日本は特に 島国だから 離島などで滑走路の長さが1000 メートルに満たない小さな空港もあるんだ ジェット機の離陸には最低でも1500m 必要だと言われていて機種にもよるが 2000から3000メートル必要な場合 もある ターボプロップ機なら1000m程度で 離陸が可能なんだぜさらに新型機のATR 42-600S型機はさらに短距離離陸 性能が向上していて800mの滑走路でも 離着陸が可能になったそうだすごいわね 1000mを切ってるわ今までなら船で 24時間かけての移動が必要だった地域も これによって2時間ほどのフライトで 行き来できるようになるらしいなすごく 便利になるのねこれはターボプロップ機に しかできないことだわ ターボプロップ機のデメリットはさっき 話してしまったが高速域では著しく効率が 悪くなってしまうことだプロペラから衝撃 波が発生するのとプロペラの流速が 追いつかなくなるからだったわねそうだな だから長距離高校になる場合はどうしても 時間がかかってしまうからその点では ジェット機に劣ってしまうんだぜ長距離で 高速高校が必要ならジェット機 タンから中距離であまり急がなくていい ならターボプロップ機の出番という感じに なるだろうな ここからはターボプロップエンジンの歴史 について解説するぜなんとなくプロペラ 切ってレトロなイメージがあるんだけど 最初のターボプロップ切ってどんなものな の世界初のターボプロップエンジンは 1939年から1942年にハンガリーの ガンツ社で試作試験が行われていた軍用機 に採用されたのが始まりだその頃って言っ たら第二次世界大戦の待っただ中ねああ 戦争はあってはならないことだけどそれに よって発展した技術があることも忘れては いけないんだぜこのエンジンは双発偵察 爆撃機のために企画されたものだが ハンガリー空軍が別の機体を採用したから この企画は途中でキャンセルとなったんだ そうなのねじゃあハンガリーはまだ試験 段階で本格的に開発はされなかったのね そうだなイギリスでもターボプロップ機の 開発が行われていて1945年に ロールスロイス社のRB50と連闘を搭載 したグロスターF3が単独飛行に成功した んだこれによって1947年世界初の実用 的なターボプロップエンジンであるダート を作り上げたんだぜとうとう実用的な ターボプロップ機が誕生したのねあー ダートはイギリス国内だけでも40年外国 のライセンスも含めれば50年以上製造さ れたんだその頃から50年って言うと 2000年頃まで製造されていたのね じゃあもう今は作られていないのそうなん だただ生産終了後もアフターサービスは 受け付けていて今でも多くのダート搭載機 が運用されているんだぜ製造終了してから 20年以上経ってもアフターサービスして くれるのは嬉しいわねアメリカではXP 81という実験機に搭載された ゼネラルエレクトリック社が開発したXT 31が最初のターボプロップエンジンだ初 飛行は1945年の12月で ターボプロップとターボジェットを併用 する初めての飛行機だったんだぜ ターボジェットと併用なんてことが可能な のねやっぱりアメリカの技術力もすごいわ ねしかし残念ながらその後の飛行試験中に 事故を起こしたため試験は破棄されて しまったんだぜそのアメリカでは大型 ジェットエンジンのボーイング36780 が早期に成功したから大型民間機市場では ターボプロップ機の時代は来なかったんだ アメリカって国土が広いし ターボプロップ機は合わなかったのかも しれないわねそうだなただ大型機では採用 されなかったものの小型プロペラ機では 採用されたり 軍用機では一定の需要があって2000年 以降もターボプロップ機の販売が続いてる んだぜ ターボプロップ機の分野で頭一つ抜けてい たのは現在のロシアである旧ソ連だったん だソ連は第1世代のターボジェット機より 速い爆撃機ツポレフ95を作り上げた ツポレフ95はターボジェットより低燃費 で航続性能に優れていたから高い攻撃能力 と偵察能力を発揮したんだぜ今までの話を 聞いてると ターボジェット機より早いターボプロップ 機なんて想像がつかないわね優れた航空 技術が戦争に使われてしまうのは悲しいわ 軍用機としても高い能力を発揮した ツポレフ95だが後に新たに設計された ツポレフ114旅客機2するなど高い汎用 性も持っていたんだこれらの実績から 20世紀後半を通して最も成功した航空機 の一つと言われているぜロシアの技術力を 恐るべしねそして日本のメーカーが初めて 開発したターボプロップ機は日本航空機 製造が作ったYS11だがエンジンは イギリスのロールスロイス製のダート10 が採用されていたぜエンジンは日本で作ら なかったの対空照明という飛行機の車検の ようなものの取得が難しいと予想して日本 での開発は諦めたんだ当時の日本はまだ 航空機に関する技術が未熟で電子機器も ほとんど日本国外の製品を輸入することに なったんだぜ 純粋な国内生産をするには技術が足り なかったのねああ1965年にようやく 就航するもまだまだトラブルも多く しばらくは回収作業が続いたそうだ 1968年にはトラブルもほとんど解消し 高い信頼性を持つ航空機として2006年 まで運用されていたぜ40年近くも運用さ れていたのねこの色んな国で開発されてき たが2000年代以降はターボファン エンジンの性能が向上したから中近距離 路線向けの中古型の旅客機も ターボプロップ機から置き換わりつつある んだ 技術はどんどん進歩して 古い技術は廃れてしまうのね 悲しいけどこれが現実なのねとはいえ一部 ではまだ需要があってさっき話した日本で の運用や飛行場の地上インフラが不十分な 地域でも需要があるとして現在でも ターボプロップ機の生産は続けられている ぜそうなのねまだターボプロップ機の出番 があるって聞いてほっとしたわ さてここまでターボプロップエンジンに ついて解説してきたけど 霊夢はどうだった飛行機の技術って まだまだ知らないことだらけだけど ターボプロップエンジン割にかなった 仕組みだってよくわかったわ 古い技術でも使い方次第でまだまだ輝ける のね最新機のATR42-600S型が 普及して今まで不便だった地域も便利に なるといいわねそうだな交通インフラが 整えば地域の活性化にもつながるだろう から ターボプロップ機には是非とも頑張って もらいたいな今回の動画はどうだったかな ターボプロップの雑学や動画の感想などが あればどんどんコメントしてくれよなこの 動画を面白いと思ってくれたらチャンネル 登録や高評価をしてくれると嬉しいわそれ ではご視聴ありがとうございました