ターボプロップエンジン
ターボプロップエンジンはガスタービンエンジンの1形態で、そのエネルギーの大部分をプロペラを回転させる力として取り出すものである。ターボプロップエンジンは主に小型、あるいは低亜音速の航空機用動力として利用されるが、中には最大速度が500ノット (925 km/h) に達するような高速機においても適用例がある。
概要
ターボプロップエンジンは大きく分けて、空気取り入れ口（エア・インテイク）・圧縮機・燃焼室・タービン・排気口で構成される。インテイクから取り入れられ、圧縮機を通過することによって十分に圧縮された空気は燃焼室で燃料を吹き付けられることによって燃焼し、この高温のガスが膨張するエネルギーによって圧縮機およびプロペラと繋がっているタービンを高速で回転させる。タービンに与えられた回転はまず圧縮機を駆動し、次に減速機を介してプロペラへと伝えられる。燃焼ガスは排気口から排出される際にさらに膨張し、総推力のおおよそ10%〜25%を供給する。
ターボプロップエンジンはターボジェットエンジンに類似しているが、より多くの出力を引き出すためにタービン段に追加的なファンブレードを持っている。
また、今日の多くのターボプロップエンジンでは、圧縮機駆動用のタービンとは繋がっておらず、プロペラのみを駆動するためのフリータービンを持つことを特徴としている。これによってプロペラがコンプレッサータービンの速度に影響されることなく回転することが可能となる。このような改良の結果、排気口のジェット噴射に残っているエネルギーはプロペラ推力を含めた総出力の10%以下にまで減少した。 出力タービンに比べプロペラ直径はきわめて大きいために、減速せずに直結してしまうとプロペラの先端速度が音速を超えてしまうことがある。これを防ぐために、減速機がプロペラシャフトと出力タービンの間に挿入されている。なお、この減速機は、ヘリコプターのターボシャフトエンジンにおけるローター減速ギアと違い、エンジンの一部である。
使用されるプロペラの形状はレシプロエンジン用のものと一見すると似ている（とくに初期のもの）が、大きな軸出力を吸収するためにブレード枚数は一般に4枚以上と多く、ソリディティ（プロペラ翼面積 / プロペラ円板面積）も大きい。さらにはAn-70やTu-95のように2重反転プロペラを採用するものもある。翼平面形は幅広で翼厚比（最大翼厚と翼弦長の比）が小さい上、後退角がついていることも多く、より高マッハ数に適した形状となっている。たとえば、有名な軍用ターボプロップ機として知られるC-130では、当初プロペラは4翅だったが、派生型の C-130J では出力増大に合わせ6翅ブレードになるとともに形状・材質が改良されている。
現代的なターボジェット/ターボファンエンジンの多くは軸流式圧縮機を使用しているが、小型化への要求が大きいターボプロップエンジンでは、（少なくとも）1段の遠心式圧縮機を含む、軸流式 - 遠心式のハイブリッドとなっていることが多い。
ターボプロップエンジンは最適飛行速度（724 km/h 以下）では非常に効率的なエンジンである。そのため、小型のコミューター機や軍用の輸送機に多く採用される傾向がある。自家用機や航空機使用事業（遊覧飛行等）向けの小型機でも利用されることがあるものの、強力なSTOL（短距離離着陸）性が必要な場合を除き、高コストゆえに広く利用されてはいない。飛行速度が増すにつれてプロペラ効率は低下するため、高速度を求められる航空機でこの種のエンジンを利用することはごく稀である。
歴史
史上初のターボプロップエンジンは、ハンガリー人の機械技師のen:György Jendrassikによって設計されたJendrassik Cs-1であり、ブダペストのGantz Factoryで1939年から1942年にかけて製造・試験が行われている。このエンジンは、1940年にLászló Vargaによって設計された双発偵察爆撃機であるRMI-1 X/Hに適合するように計画されたが、RMI-1 X/Hの計画は途中でキャンセルされた。また、Jendrassikは75kW級のより小型のエンジンも1937年に設計している。
英国初のターボプロップエンジンはロールス・ロイス RB50 トレントで、これはターボジェットエンジンであったロールスロイス Derwent IIをロートル社の5枚ブレードプロペラと減速機に適合するように改造したものであった。比較的信頼できる最初のターボジェット機であったグロスター ミーティアEE227（唯一の"Trent-Meteor"） に2種類のトレントが使用された。ロールスロイスはこれらのトレントの経験から、後に最も信頼性の高いターボプロップエンジンの一つとなるダートを開発した。なお、このダートは50年以上にわたって製造された。
ソビエト連邦は4つの二重反転プロペラを持ち、最大巡航速度が925km/h（これは多くの第一世代のターボジェット機よりも速く、ほとんどの作戦においてジェット機の巡航速度と比肩できるものであった）に達する爆撃機であるTu-95 (ベア)を製造した。Tu-95は、ターボジェットに比べて低燃費であるターボプロップを採用した事により航続性能に優れ、それによる攻撃及び偵察能力、さらにはソビエト連邦の力の象徴として20世紀後半を通じて最も成功した航空機であった。Tu-95のライバルとして知られるのはアメリカ合衆国のB-52であるが、ターボプロップの搭載を断念し、ターボジェットを搭載している（後にターボファンエンジンに換装）。またアメリカは1950年代にテイルシッター型のVTOL機や戦闘機として二重反転プロペラとターボプロップエンジンという組み合わせの研究を行ったが、成功したものは一つもなかった。
アメリカ合衆国におけるターボプロップエンジンの第一号はGE T-31である。
アメリカはほとんどターボプロップエンジンを搭載した航空機をスキップするような形でボーイング707へ移行してしまったが、ロッキード(現ロッキード・マーティン)C-130輸送機やL-188 エレクトラ及びこの機体を原型とした対潜哨戒機P-3用エンジンとして長く利用されることとなった。
ヨーロッパの国際資本連合は、開発中の軍用輸送機であるエアバス A400Mのために11,000馬力もの出力を誇るTP400-D6エンジンを開発中である。
最も普及したターボプロップエンジンは、もはや骨董品と呼べるPratt & Whitney Canada PT6である。
出力の単位
ターボプロップエンジンの出力は軸出力と呼ばれ、SI単位であるkWのほかに、shp（shaft horse power, 軸馬力）や 排気推力も含むeshp（equivalent shaft horse power, 総計等価出力）などが用いられる。
高速ターボプロップエンジン
1950年代に開発されたTu-95は、現在に至るも世界最速のターボプロップ機である。1960年代頃から現在に至るまで、各国でこれを上回る高速ターボプロップエンジン(ATP:Advanced TurboProp engine)の研究・開発が行われている。手法としては、増大する空気抵抗に打ち勝つだけの出力をプロペラに与えるための多翔化や二重反転化やプロペラブレード端に後退角をつけることでマッハ0.8程度の高亜音速を狙うことが多い。なお、90年代の原油価格の低下やターボファンエンジンの性能向上などによって開発が遅れたこともあり、今なお種々の課題が解決されていない（Tu-95と同程度、あるいは若干低速の機体ですら、ターボファンを採用する例が多い）。代表的な開発中のATPにプロップファンエンジンとアンダクテッドファンエンジン(UDF)がある。
en:General Electric GE-36 UDF
en:Progress D-27
ボーイング7J7
ターボプロップエンジンを採用した主な航空機
ビッカース・バイカウント
C-130
ロッキード L-188エレクトラ
P-3C
YS-11
デハビランド・カナダ DHC-8シリーズ
ATR72
サーブ340
Il-18
Il-114
An-12
An-22
An-70
An-140
MA60
概要
ターボプロップエンジンは大きく分けて、空気取り入れ口（エア・インテイク）・圧縮機・燃焼室・タービン・排気口で構成される。インテイクから取り入れられ、圧縮機を通過することによって十分に圧縮された空気は燃焼室で燃料を吹き付けられることによって燃焼し、この高温のガスが膨張するエネルギーによって圧縮機およびプロペラと繋がっているタービンを高速で回転させる。タービンに与えられた回転はまず圧縮機を駆動し、次に減速機を介してプロペラへと伝えられる。燃焼ガスは排気口から排出される際にさらに膨張し、総推力のおおよそ10%〜25%を供給する。
ターボプロップエンジンはターボジェットエンジンに類似しているが、より多くの出力を引き出すためにタービン段に追加的なファンブレードを持っている。
また、今日の多くのターボプロップエンジンでは、圧縮機駆動用のタービンとは繋がっておらず、プロペラのみを駆動するためのフリータービンを持つことを特徴としている。これによってプロペラがコンプレッサータービンの速度に影響されることなく回転することが可能となる。このような改良の結果、排気口のジェット噴射に残っているエネルギーはプロペラ推力を含めた総出力の10%以下にまで減少した。 出力タービンに比べプロペラ直径はきわめて大きいために、減速せずに直結してしまうとプロペラの先端速度が音速を超えてしまうことがある。これを防ぐために、減速機がプロペラシャフトと出力タービンの間に挿入されている。なお、この減速機は、ヘリコプターのターボシャフトエンジンにおけるローター減速ギアと違い、エンジンの一部である。
使用されるプロペラの形状はレシプロエンジン用のものと一見すると似ている（とくに初期のもの）が、大きな軸出力を吸収するためにブレード枚数は一般に4枚以上と多く、ソリディティ（プロペラ翼面積 / プロペラ円板面積）も大きい。さらにはAn-70やTu-95のように2重反転プロペラを採用するものもある。翼平面形は幅広で翼厚比（最大翼厚と翼弦長の比）が小さい上、後退角がついていることも多く、より高マッハ数に適した形状となっている。たとえば、有名な軍用ターボプロップ機として知られるC-130では、当初プロペラは4翅だったが、派生型の C-130J では出力増大に合わせ6翅ブレードになるとともに形状・材質が改良されている。
現代的なターボジェット/ターボファンエンジンの多くは軸流式圧縮機を使用しているが、小型化への要求が大きいターボプロップエンジンでは、（少なくとも）1段の遠心式圧縮機を含む、軸流式 - 遠心式のハイブリッドとなっていることが多い。
ターボプロップエンジンは最適飛行速度（724 km/h 以下）では非常に効率的なエンジンである。そのため、小型のコミューター機や軍用の輸送機に多く採用される傾向がある。自家用機や航空機使用事業（遊覧飛行等）向けの小型機でも利用されることがあるものの、強力なSTOL（短距離離着陸）性が必要な場合を除き、高コストゆえに広く利用されてはいない。飛行速度が増すにつれてプロペラ効率は低下するため、高速度を求められる航空機でこの種のエンジンを利用することはごく稀である。
歴史
史上初のターボプロップエンジンは、ハンガリー人の機械技師のen:György Jendrassikによって設計されたJendrassik Cs-1であり、ブダペストのGantz Factoryで1939年から1942年にかけて製造・試験が行われている。このエンジンは、1940年にLászló Vargaによって設計された双発偵察爆撃機であるRMI-1 X/Hに適合するように計画されたが、RMI-1 X/Hの計画は途中でキャンセルされた。また、Jendrassikは75kW級のより小型のエンジンも1937年に設計している。
英国初のターボプロップエンジンはロールス・ロイス RB50 トレントで、これはターボジェットエンジンであったロールスロイス Derwent IIをロートル社の5枚ブレードプロペラと減速機に適合するように改造したものであった。比較的信頼できる最初のターボジェット機であったグロスター ミーティアEE227（唯一の"Trent-Meteor"） に2種類のトレントが使用された。ロールスロイスはこれらのトレントの経験から、後に最も信頼性の高いターボプロップエンジンの一つとなるダートを開発した。なお、このダートは50年以上にわたって製造された。
ソビエト連邦は4つの二重反転プロペラを持ち、最大巡航速度が925km/h（これは多くの第一世代のターボジェット機よりも速く、ほとんどの作戦においてジェット機の巡航速度と比肩できるものであった）に達する爆撃機であるTu-95 (ベア)を製造した。Tu-95は、ターボジェットに比べて低燃費であるターボプロップを採用した事により航続性能に優れ、それによる攻撃及び偵察能力、さらにはソビエト連邦の力の象徴として20世紀後半を通じて最も成功した航空機であった。Tu-95のライバルとして知られるのはアメリカ合衆国のB-52であるが、ターボプロップの搭載を断念し、ターボジェットを搭載している（後にターボファンエンジンに換装）。またアメリカは1950年代にテイルシッター型のVTOL機や戦闘機として二重反転プロペラとターボプロップエンジンという組み合わせの研究を行ったが、成功したものは一つもなかった。
アメリカ合衆国におけるターボプロップエンジンの第一号はGE T-31である。
アメリカはほとんどターボプロップエンジンを搭載した航空機をスキップするような形でボーイング707へ移行してしまったが、ロッキード(現ロッキード・マーティン)C-130輸送機やL-188 エレクトラ及びこの機体を原型とした対潜哨戒機P-3用エンジンとして長く利用されることとなった。
ヨーロッパの国際資本連合は、開発中の軍用輸送機であるエアバス A400Mのために11,000馬力もの出力を誇るTP400-D6エンジンを開発中である。
最も普及したターボプロップエンジンは、もはや骨董品と呼べるPratt & Whitney Canada PT6である。
出力の単位
ターボプロップエンジンの出力は軸出力と呼ばれ、SI単位であるkWのほかに、shp（shaft horse power, 軸馬力）や 排気推力も含むeshp（equivalent shaft horse power, 総計等価出力）などが用いられる。
高速ターボプロップエンジン
1950年代に開発されたTu-95は、現在に至るも世界最速のターボプロップ機である。1960年代頃から現在に至るまで、各国でこれを上回る高速ターボプロップエンジン(ATP:Advanced TurboProp engine)の研究・開発が行われている。手法としては、増大する空気抵抗に打ち勝つだけの出力をプロペラに与えるための多翔化や二重反転化やプロペラブレード端に後退角をつけることでマッハ0.8程度の高亜音速を狙うことが多い。なお、90年代の原油価格の低下やターボファンエンジンの性能向上などによって開発が遅れたこともあり、今なお種々の課題が解決されていない（Tu-95と同程度、あるいは若干低速の機体ですら、ターボファンを採用する例が多い）。代表的な開発中のATPにプロップファンエンジンとアンダクテッドファンエンジン(UDF)がある。
en:General Electric GE-36 UDF
en:Progress D-27
ボーイング7J7
ターボプロップエンジンを採用した主な航空機
ビッカース・バイカウント
C-130
ロッキード L-188エレクトラ
P-3C
YS-11
デハビランド・カナダ DHC-8シリーズ
ATR72
サーブ340
Il-18
Il-114
An-12
An-22
An-70
An-140
MA60
はてなに追加
MyYahoo!に追加
del.icio.usに追加
livedoorClipに追加