質問: 飛行機の推進力について。 どこかで「ジェット機は速度が増すと推進力もますが、プロペラ機は推進力が低下する。」と聞いたことがありますが、どうしてかその理由を知っている方は教えてください。 色々と考えたのですが、なぜだか理解できません!
回答: その話は多少間違っているというか、ずいぶん省略されて いると思うのですが、とりあえずそこは無視してお答えします。 プロペラ機にはどうしても、速度に限界があります。その 理由は、「 基本的に飛行機のどの部分も、音速を超えることは できない 」という物理法則にあります。超音速を出すには ものすごい構造強化が必要で、それ専用に作らないと音速を 突破することはできません。 なぜなら音速を超えると強烈な衝撃波が発生するためであり、 そのため世界初の超音速機『 ベル x-1 』が出現するまで、 航空技術者の間でも超音速機は実現不可能という意見が珍しく なかったほどなんです。 話をプロペラ機に戻すと、プロペラ機の推力は当然、プロペ ラの回転から生まれますよね。そして、速度が上がれば上がる ほど、プロペラの回転スピードも速くなり、プロペラ先端が移 動する速度はどんどん音速に近くなってきます。 そして時速 600 kmあたりから、先端の移動速度がほぼ音速 に近づき、それ以上速くプロペラを回すことができなくなります。 無理やりエンジンの出力を上げると、プロペラ程度の剛性では 間違いなく壊れてしまいますし、それ以前に異常な振動などで 正常な回転を維持できなくなります。 そのため、プロペラ機のエンジン出力と速度の関係をグラフ にすると、“へ”の字を左右逆にしたようなカーブを描きます。 ある程度までは速度が上がり続けますが、途中で速度アップの 限界が来て、それ以上出力を上げると逆に異常振動などで速度 が下がってしまうというわけです。 いっぽう、ジェット機も機体そのものは音速を突破できませ んが、推力を生み出すジェット噴流自体は爆発の一種ですから 問題なく音速を突破できます。そのため、機体速度の限界=音 速ギリギリまで速度を上げ続けることができるというわけです。 余談ですが、プロペラの理屈はヘリコプターの速度にも関係 しています。ヘリコプターはローターの回転で揚力を得ながら、 ローターを傾けることで前進します。このとき、ローター先端 に着目すると、ローター自体の回転速度にプラスして、ヘリコ プターの飛行速度が加わります。 そのためローター速度の限界は、飛行速度が加わるぶんだけ 通常のプロペラよりも早く到来してしまいます。これが理由で ヘリコプターはせいぜい時速 300km 程度しか出せないのです。 たとえジェットエンジンを推進力に使っても同じことなんです。