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日本ガスタービン学会誌

Vol.36

No.3

2008.5

特集：歴史に見るガスタービンの発達プロセス

Hans von Ohain博士による先駆的なターボジェット開発
─HeS 1からHeS 011まで
MEHER-HOMJI, Cylus B.＊1

PRISELL, Erik＊2

Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 122-2 (2000-4) pp. 191-201. Copyright © 2000 by ASME

(抄訳) 吉田英生＊3

YOSHIDA Hideo

Keywords：Hans von Ohain, Turbojet．はじめに.

ドイツにおけるターボジェット開発の概観

月27日早

ドイツでのターボジェット開発は，Heinkel Airframe

朝，Rostockに 近 いMarieneheに あ るHeinkelの 飛 行 場

社とJunkers Airframe社により，ともにドイツ航空省に， テ ス ト パ イ ロットErich Warsitzが乗りこんだHe（RLM: Riechluftfahrtministerium）の援助を受けない形

178ターボジェットエンジン機の初飛行を見守るため集で始まった。そしてHeinkel社が当初はリードするのでまった人達がいた。世界初のターボジェットエンジン

あるが，後述するように同社はジェット時代のパイオニ

HeS 3Bを開発した小グループ，Ernst Heinkel，若くてアとしてビジネスを展開することに失敗する。

第二次世界大戦が始まる日前の1939年. .

才気あふれるvon Ohain，そしてMax HahnとWilhelm

Ernst Heinkelの援助によるエンジン開発

分続いた初飛行は，航空機

von OhainはGottingen大 学 の 博 士 課 程 学 生 の と き，と推進の歴史を変えた。von Ohain博士の業績を，第二ジェットエンジンの構想をいだいた。1934年までに彼は次世界大戦終期に頂点をきわめたジェットエンジンHeS

基礎的な設計計算で時速500マイルが可能であることを011にいたるまでの詳細な技術的展開を中心にたどって示した。彼は特許手続きを始め，Max Hahnとモデルエみよう。

ンジン作りに着手するが，燃焼問題に苦しむ。彼の指導Gundermannだ。およそ教授であるR. W. Pohlは，高速飛行に取りつかれていた.

伝説の飛行機製造技術者Ernst Heinkelに彼を紹介する。

二人の先駆者

かくして24才のvon OhainはHeinkelに雇われた。

ド イ ツ のHans von Ohain博 士 と イ ギ リ ス のFrank

Ernst Heinkelは， 第 一 次 世 界 大 戦 中 にHansa-Whittle卿はターボジェットエンジン革命をもたらした⑴‑⑹

Brandenburgischen Flugzeugwerkeのチーフ設計者と。Whittleとvon Ohainは，独立に，ともに学生時代に， 万フィート（して多くの水上飛行機の手がけて有名になった⑺。1922km）の高度を時速500マイル（800km）以上で飛行する構想をいだき，従来からの航空エ

年に自分の会社を設立し，1927年ンジン製造会社の援助を受けずに彼ら自身のエンジンをなSchneider Cupを見て以来，スピードの虜になった。

開発した。戦前および戦中のvon Ohainによるエンジン

ドイツの航空力学分野でのリードにもかかわらず，Fiat開発の経緯を理解するためには，戦前にvon Ohainがガなどに比べて劣勢なドイツのエンジンに幻滅していたスタービンについて検討していた内容と当時の理論的技

Heinkelは，若いvon Ohainによる大胆な概念に引きつ術的背景，さらにHeinkel社がターボジェット開発にかけられたのだった。Heinkel社で有名なHe 70を開発した

けたリスクを追ってみることが必要だ。

双 子 の 技 術 者Siegfried GuentherとWalter Guentherも月にVeniceで有名

またvon Ohainの入社面接に立ち会い，プロペラ推進による高速飛行の限界を認識し，ジェットエンジンの概念に傾倒することになった。
＊＊＊

1936年 にHeinkelに 入 社 し たvon OhainはMax Hahn

原稿受付 2008年 月 日
Bechtel Corporation, Houston, TX 77252, US
Defence Materiel Administration (FMV), Stockholm, Sweden
京都大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻〒606-8501 京都市左京区吉田本町
e-mail: yoshida@mbox.kudpc.kyoto-u.ac.jp

とともにHeinkel Marieneheでジェットエンジン開発を秘密裏に猛スピードで進めた。1937年

月には水素燃料を用いたHeS 1エンジンのテストに成功し，さらなる改良努力を重ねたHeS 3B エンジンはHe 178機に搭載さー9ー142

Hans von Ohain博士による先駆的なターボジェット開発 ─HeS 1からHeS 011までれ，1939年

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1938年にSchelpとMauchは，BMW社，Junkers

月27日の歴史的な初飛行に成功したのである。この快挙をHeinkelはRLMにただちに報告したが，Aeroengine Company社，Daimler Benz社，Bramo社と反応は冷たく，Heinkelにジェットエンジンの開発を止契約し，ドイツのターボジェット開発はRLMの支配下めるように命じた。しかし，Hainkelはそれには従わずとなる。Junkers Aeroengine Company（Junkers Motoren開発を続け，しばらくしてHeS 8Aエンジンを台搭あるいは略してJumo）はAnselm Franzの指導の下で開載したジェット戦闘機He 280の提案をRLMに受け入れ発したJunkers Jumo 004エンジンは，メッサーシュミッさせたのである。He 280機の初飛行後，HeikelがHirthトMe 262機に搭載され，世界初の量産ターボジェット

Motorenを買収することをRLMは許可し，von Ohainはとなる⑻。

Heinkel-Hirth Companyに移った。
. .

．von Ohainの初期の仕事

Junkers Aeroplane Companyで 始 め ら れ た
ターボジェットエンジン開発

von OhainはJunkers Trimotor aircraftの飛行中，往一 方Junkers Aeroplane Companyで は，1936年 か ら

復動エンジンのノイズと振動のすごさに閉口し，連続流1939年の間，蒸気タービンに精通したHerbert Wagner

動式エンジンこそが飛行機にふさわしいと直感する。そ教授の指導の元にジェットエンジン開発を行っていた。

して1933年秋に，修正 Nernst タービンプロジェクト

この中にはBerlin工科大学でWagner教授の助手も務めに関係して定常流動による推進の研究を始め，同方式はた こ と の あ るMax Adolf Muellerが い た が，1939年 に出力重量比の点で大いに利点があることを，予備計算にHeinkelに移籍しWagnerエンジンプログラムもHeinkel

よって明かにする。そして，遠心圧縮機と半径流タービに移行した。この中には圧縮機の空力設計の専門家であンのレイアウトが構造を最小化できる組み合わせとしてるDr. R. Friedrichもいた。

選んだ。von Ohainはこのとき既に軸流圧縮機が前面面. .

RLMの公式なターボジェットプログラム積を小さくできることの重要性に気付いていたが，最初図にドイツにおけるターボジェット開発の概要を代のモデルとしてはより単純な半径流を選択したのだった。

表的な飛行機とともに年代順に示す。

1934年までに彼は，圧力比：でタービン入り口温RLMのHelmut SchelpとHans Mauchは1938年 に ジ ェ ッ

度1200〜1400 F（650〜760℃）で時速500マイル以上がトエンジン開発を計画したが，Heinkel AirframeやJunkers可能であるとの基礎的な設計計算を終えていた。そしてAirframe Companyで 進 行 し て い た 研 究 の こ と は 知 ら

Gottingen のBartells・Becker自動車修理工場の名メカな か っ た。SchelpはGottingenのAerodynamic Research

ニックMax Hahnと親交を深めた彼は図Establishment（AVA）のPrandtl，Betz，Enckeの卓抜なトタイプを製作する。しかし燃焼の問題のため，このエ教授のおかげで圧縮機設計に成功し，実用エンジン開発ンジンは自立運転できなかった。von Ohainの理論は正にはずみをつけた。のようなプロ

しく，この概念には将来性があることを確信していた図

ドイツのジェットエンジン開発と飛行機に関する年表ー 10 ー

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HeS 3AとHeS 3Bエンジンの設計開発

HeS 1のあと，噴霧化を含めた燃焼器の性能向上に重点がおかれた。Max Hahnは遠心圧縮機前方の未使用スペースに燃焼器を配置することによりシャフトサイズを小さくする提案を行ったところvon Ohainはいたく感心して特許を申請する（図）。

HeS 3Aエンジンは1938年にテストされたが，前面面積を小さくするために小さい圧縮機と燃焼器が使われ

図

自立運転できなかったプロトタイプモデル（1934）

指導教授のR. W. Pohl教授はvon Ohainの課外活動に対して好意的に支援するだけでなく企業のスポンサーシップを得るように勧めた。von Ohainは，スピードへの情熱やリスクをいとわないHeinkelの会社を賢明にも選択した。バルト海が好きなvon OhainにはRostockにあるHeinkelの工場は絶好の地であったことも付加的な理由であった。

図

圧縮機前方に燃焼器を配置したHahnの特許図．Heinkelにおけるターボジェットエンジン開発
von OhainはHeinkeやGuenther兄弟によるジェットエンジンに関する長時間のインタビューを経て1936年月15日にHeunkel社に雇われた⑼。
.

HeS 1実証用エンジン

友 人 のMax Hahnも 入 社 す る よ う に 主 張 し たvonOhainは， Sonder-Entwicklung （ 特 別 開 発 ） と い う
名で，年以内にベンチテストに到達すべく，猛烈な図速さかつ秘密裏にプロジェクトを進めた。von Ohain

HeS 3Bエンジンのレイアウトは本来は燃焼実験を体系的に行いたいと思っていたが，Heinkelから要求される時間的制約のため，まずは燃焼性に優れた水素燃料を用いることにした。図に示す

ように，HeS 1エンジンは遠心圧縮機と半径流タービン（ローター直径12インチ）を背中合わせにし，タービン上流側流路中の周方向に多数配置した中空ベーンから噴出した水素を鈍い形状の後縁で保炎した。この結果1937
年春には，10,000rpmで推力1.1kNを発生し，オフデザイン条件や加減速でも問題は生じなかった。この成功でvon OhainはHeinkel社のジェット推進部長となり，さ図

インデューサーと遠心圧縮機から構成される
HeS 3Bエンジンの入口部

図
図HeS 3Bエンジンの燃焼器（左）HeS 3Bエンジンの半径流タービン部（右）らに液体燃料を用いたHeS 2からHeS 3の開発へと進む。

図

水素燃料を用いた実証エンジン HeS 1

ー 11 ー144

Hans von Ohain博士による先駆的なターボジェット開発 ─HeS 1からHeS 011まで

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り，燃料消費は同レベルに抑えたまま13,300rpmで推力2860kgに高めたものである。エンジン自体は優れていたが，He 178機との組み合わせはうまくいかず，同機は引退を余儀なくされた。

．He 280ジェット戦闘機用のエンジン開発
RLMに 対 し てHe-178機 の デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン を行った直後，HeinkelはHe 280機という双発の戦闘機開発に乗り出す。この機のためのエンジンとして，1939年
図HeS 3Bエンジンの性能曲線

夏にJunkers Aeroplane CompanyからHeinkelに移った
Muellerが開発する軸流WagnerエンジンHeS 30が，当たため所定の推力を得られなかった。そこでvon Ohain

初は予定されていたが，開発が難航した。そこで，vonは高ハブ／チップ比により質量流量を増し，また軸流Ohainはバックアップ策としてHeS 8エンジンの開発にインデューサー段を用いることで入口損失を最小化した。

着手する。これはHeS 3Bと同様の半径流であるが，軸（図ベーンディフューザーと直線流路型燃焼器を特徴とする。

〜）その結果，13,000rpmで重量360kg，前面2

面積0.68m で，図そのころRLMのUdetはHeinkelを支援するようになっに示す性能が得られた 。ていて，Heinkelには本格的なエンジン製造能力が不．He178機：世界初のジェット機可欠と考えた。そこでHenkelに，1941年

He 178機の設計はHeinrich Hertel博士の指導のもと280機が飛行に成功したら，StuttgartのHirsh Motoren

Guenther兄 弟 に よ り 進 め ら れ た。 基 本 設 計 はWalter

Companyを買収許可する紳士協定を結ぶ。von OhainはGuentherに よ る も の だ っ た が， 彼 が1937年

HeS 8エンジンで1941年月に起きた自動車事故によって不慮の死をとげたあとは，月までにHe月に目標を達成し，Hirshの買収が実現する。

Heinrich HelmboldとSiegfried Guentherに 引 き 継 が れ．HeS 8Aエンジンた。He178機（図10）は肩翼機で木製の翼はスパン7.2m，全長7.48 m。HeS 3Bエンジン用の空気はノーズインテー

HeS 8（RLM名称109-001）はHeS 3とHeS 6をベース

クからパイロットシートの下方を通って導かれた。重量として，図11のような直線的な流動設計で直径を小さく1950kgで海面上で最高速度640km/hに設計された。

している（表そして冒頭に述べたように1939年月27日，）。

分間のHeS 8Aエンジンは，アルミ合金製の14ブレードの軸歴史的初飛行に成功する。Heinkelは歓喜してRLMに駆流インドゥーサー，19ベーン半径流インペラー，スチーけ込むのであるが，数日後に大戦突入を控えて目前のル製の14ブレードの半径流タービンから構成される。まことに手一杯だったRLMは冷ややかに対応する。そのた燃焼器は後，HeinkelはRLMのSchelp，Milch，Udetら の 前 で デノズルから構成された。

組本の燃料噴射ノズルを16組，合計128モンストレーションを行うのであるが，燃料ポンプ漏れのトラブル等も加わって⑸，やはり熱狂的には受け入れられなかった。しかし，この飛行はイタリアのCaproniCampini CC2より1年先んじ，英国のWhittleのW1エンジンを搭載したGloster E28/39より20 ヶ月も先んじていたのである。

図11

表
図10

He 178─世界初のジェット戦闘機．HeS 6エンジン
HeS 6エンジンは，HeS3エンジンを改良することによー 12 ーHeS 8エンジン

HeS 8エンジンの主要諸元

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図12No.3

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HeS 8エンジンを

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Hans von Ohain博士による先駆的なターボジェット開発 ─HeS 1からHeS 011まで

図13

Heinkel Hirth HeS 011エンジン

図14HeS 011エンジンのレイアウト台搭載した優美なHe 280戦闘機．世界初のジェット戦闘機He 280
He 280機 はRobert Lusserに よ っ て 設 計 さ れ た。 全金属製で翼スパンは12m全長は10.04mである（図12）。
He 280機は前輪式（tricycle undercarriage）や圧縮空気による射出座席の採用でも革新的な飛行機であった。
HeinkelのテストパイロットFritz Schaﬀerがテスト飛行に成功したのは1941年月30日，RLMの役人の前でデモンストレーションに成功したのは月日であった。
Max Bentele博士が開発を担当し，10,205 rpmで推力13．Hirth Motorenの獲得とHeinkel HirthkNを達成した（図13 ，14 ）。表正式社名はErnst Heinkel AG-Werk Hirth Motorenで比較を示す。にJumo 004Bとのある 。もともと機体メーカーであったHenkelにエンジンメーカーであるHirshが合体して，von Ohainの仕事は順調だった 。しかし，1942年

10.

コンプレッサー部分単段のインドューサーに斜流圧縮機をおき，さらに対月，HeS 8Aエンジンは優れたエンジンではあったものの，実戦に初投入さ称（反動度50％）の軸流圧縮れたジェット戦闘機であるメッサーシュミットMe 262

斜流圧縮機は理論的にというよりは，調整可能なステー段とした。
（図15）この機には軸流でブレード冷却機構のついたJumo 004エンターを用いて実験的に最適化された。種々のセッティンジンが採用された。これを機に，1943年早期に，HeSグが試験され，図16 のような満足のいく性能が得られた。

8とHeS 30とHe 280機のプログラムがキャンセルされ，RLMのShelpはvon Ohainに第世代のHeS 011エンジンを開発するように命ずる。この決定により，Heinkelはそれまでに確立していたジェットエンジンをリードする会社としての地位を失っていくことになる。

10．Heinkel Hirth HeS 011エンジンの設計と開発
RLM名 称109-011のHeS 011エ ン ジ ン はvon Ohainと表

Jumo 004BエンジンとHeS 011エンジンの比較
図15

10.

HeS 011エンジンの圧縮機部分

図16

HeS 011エンジンの圧縮機マップ

燃焼器

燃焼器はアニュラー型で，16個の燃料ノズルと個の点火プラグを有している。
10.

タービン

Max Benteleによって設計された段空気冷却タービンを図17に示す。ブレードの共鳴問題は下流にあるベアリング支持のためのー 13 ー個のストラット配置を調整するこ146

Hans von Ohain博士による先駆的なターボジェット開発 ─HeS 1からHeS 011まで

日本ガスタービン学会誌よって制御された。低圧用のギアポンプから高圧のギアポンプに送り，40kg/cm2で噴射した。
10. .

潤滑システム加 圧 さ れ た 潤 滑 油 が， 流 量35 l/min， 圧 力3.5‑kg/cm2で供給された。
10. .

Tail Cone Bullet

ピストンで調整可能なTail Cone Bulletが設置された。
図17

HeS 011エンジンの空気冷却段タービン部分

11．Hans von Ohain，ターボジェットの共同発明者
Hans Joachim Pabst von Ohain博 士 は1911年12月14日にドイツのDessauで生まれた。1935年にGottingen大学で物理学および応用力学の学位を取得した。その後の彼の仕事は先に述べたとおりである。
ターボジェット分野におけるドイツの最も傑出したエンジニアと評価されたvon Ohainは1947年に米国のWright-Patterson AFB社に招かれた。1963年には空軍航空研究所の主席サイエンティスト，1975には空軍航空推進主席サイエンティストになった。1979年には政府
図18ブレードの振動問題を解決するためのベアリング支持スト
ラット

機関における仕事から引退し，Dayton大学の研究所やFlorida大学の客員教授となった。彼は若い学生からたいへん慕われ，教育におおいに貢献した。
von Ohain博士の人柄はきわめて謙虚であり，他人の貢献を第一として，おうおうにして自身の貢献を控えめにしか語らなかった。
米 国 で の32年 間 に，von Ohainは30編 以 上 の 技 術論 文 を 書 き，19件 の 米 国 特 許 を 取 得 し た。 ま た， 彼はHeinkelで50以 上 の 特 許 を 取 得 し た。von OhainはDeutsche Akademie der Luftfahrt Forschungの メ ンバーに選ばれた。また，the Goddard Award for AIAA
や 数 多 く のAir Force awards，1990年 に はASMETom Sawyer Award と the National Hall of Fame forAviationを 受 賞 し た。1992年 に は，von Ohain博 士 とFrank Whittle卿は工学におけるノーベル賞であるthe

図19 励起および自然周波数に関するBentele図（左）図20 25mm径の円板から空気冷却ブレードを製作する独創的な方法（右）Charles Draper Prizeを 授 与 さ れ た。 ま た，Dayton，West Virginia，Floridaの大学から名誉博士号を授与された。さらにドイツではPrandtl Ring等の著名な賞を授与された。とで克服した。
（図18，19 ）
空気冷却ブレードは，図20 に示すように，通常のオーステナイト系クロム・モリブデンのスチール円板シートから作られた。
10.

機械的な特徴とアクセサリー

10. .

ベアリングとアクセサリー

ベアリングは斜流圧縮機の前方と段タービンの後方に設置された。Riedelのスターター，SiemensやBoschの発電機，Barmagの燃料ポンプ，Knorrの空気圧縮機やタコメーターも設置された。
10. .

燃料システム

図21

燃料システムは定速ガバナーで作動するスロットルにー 14 ー

人のジェットエンジンのパイオニア（1978年）
左からFrank Whittle，Hans von Ohain，Max Bentele

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Hans von Ohain博士による先駆的なターボジェット開発 ─HeS 1からHeS 011まで

von Ohain 博 士 はFloridaのMelbourneで86歳 で 逝 去した。図21はジェットのパイオニア人が1978年に会しof Jet Powered Flight, video cassette, Vol. No. 1, AIAA,
Dayton Chapter.
Bamford, L. P., and Robinson, S. T., 1945,

た最後の写真として知られているものである 。

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TurbineEngine Activity at Ernst Heinkel Atiengesellschaft

12．むすびターボジェットエンジンの時代を切り開いたとして永遠に記憶されるべきHans von Ohainの業績を紹介した。

参考文献
⑴
⑵

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