#2020/09/17 縦割りが生じるくらい、『行政機関』はたくさん分かれていたりします。

ターボファンエンジン

技術要素
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この用語のポイント

・ジェットエンジンの一種で、旅客航空機エンジンとして広く普及しているよ
ファンの回転で空気をたくさん吸気し、燃焼ガスと共に勢いよく後方へ排気することで、推進力を得るよ

簡単にいうと…

ターボファンエンジンとは

 ターボジェットエンジンの前方に回転ファンのついた

技術個体です。後方についてるやつもあるみたいです。

ファンの回転により、燃焼ガスだけでなく空気もたくさん吸気・排気することで、ターボジェットエンジンよりも速度の調整を容易にしています。

詳しくいうと…

旅客機の翼に垂れ下がっているあの円筒がターボファンエンジンです。

あれの中身をのぞいてみましょう。

左図の左側から数えて、

 行程①:吸気(ファン)

 行程②:圧縮(圧縮機)

 行程③:燃焼・膨張(燃焼室・タービン)

 行程④:排気(排気ノズル)

という4行程をたどります。

 

行程①:吸気

まず吸気です。

機体とエンジンの進行方向からやってくる空気流を、回転ファンがたくさん取り込みます。

ファンを通過した空気流はその後二手に分かれます。圧縮機へ送られる部分と、そのまま加速されて外殻内部を通り抜けてゆく部分へのルート分岐です。

以下では、前者の圧縮機へ送られる空気流の行方をしばらく見てゆきます。

 

行程②:圧縮

次に圧縮行程です。

ファン側からやって来た空気流は、タービン状の圧縮機の、幾重にも連なる回転によって、高圧状態になります。

はい、なりました。

 

 

行程③:燃焼・膨張

次は燃焼・膨張の行程です。

ぎゅっと圧縮された熱々の空気流は、気化燃料と混合され、点火プラグのスパークにより燃え上がります。

燃え盛る火炎流は、そのままガスタービンの回転翼を勢いよく回します。

また、このガスタービンの回転運動が前方のファンをひきつづき回転させます。

 

行程④:排気

最後に、排気です。

車のエンジンなどとは事情が異なり、航空機の排気行程は、機体を前進させる推進力ともなる重要なパートです。

燃焼後のガスが、ノズルを通って後方へと排出されます。

また同時に、ファンからそのまま通り抜けて(バイパスされて)きた空気流が、この燃焼ガス流へと合流し、一緒になってすごい勢いで出てゆきます。図にするとこんな感じです:

 

        →空気流(低温低圧)→

 ←<推進力>  ⇒燃焼ガス(高温高圧)⇒

        →空気流(低温低圧)→

 

この、燃焼ガスと空気流の比率をバイパス比といいます。

バイパス比が高い(バイパス空気流が高比率)構造だと、速度がよく中和され、低速飛行に向いており、

バイパス比が低い(バイパス空気流が低比率)構造だと、高速飛行に向いています。

 

このターボファンエンジンに対し、ターボジェットエンジンはファンが付いておらず、燃焼ガスのみの推進となるため、大変に高速となり、燃料を大量に消費してしまうデメリットがあります。

このため、ファンが付き、空気流によって速度を比較的低速にできるターボファンエンジンは燃費がよいため、民間航空機で広く普及しています。

ジェットエンジンから得られる推進力は、一般に次の式で求められます:

  推力 = エンジン通過空気の質量 × (排気ガスの速度-機体の速度)
      + (噴出空気の圧力-大気圧)×排気ノズルの面積

このことから、燃焼ガスの噴出速度を、低速の空気流によって中和することで、推進力をほどよく調整できることがわかります。

 

・ターボファンエンジンは、ファンで取り込んだ低温低圧の空気流を、圧縮/燃焼ガス流と合流させることで、速度を上手く調整できるよ
・ファンを取り付けない場合(=ターボジェットエンジン)に比べ、過度な高速を抑制し、高燃費を実現できるよ
 

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ジェットエンジン全般を分かりやすく概覧したい場合に役立ちます。

 

つまり…

ターボファンエンジンとは

 回転ファンとその空気流(低温低圧)によって、そのまま噴出させると過高速になる燃焼ガス(高温高圧)の速度をうまく調整できる航空機用エンジン

という技術個体です。

 

一概に速すぎてもだめなんじゃなぁ。
実際、ファンのないターボジェットエンジンのほうでは、燃料の問題だけでなく、音速を超えた場合の空力の変化(音の)や大気の断熱圧縮(熱の壁)などさまざまな課題が待ち受けていると聞くが、エンジン出力を低速にすることでそれら課題を回避するのじゃな。

歴史のツボっぽくいうと…

1960年代 ターボファンエンジンが開発される。

 

 

<参考文献>(2018/09/05 visited)

ターボファンエンジン - Wikipedia
音の壁 - Wikipedia
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http://www.comp.sd.tmu.ac.jp/comb/index.files/Page2220.htm

 

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