ジェットエンジン
近年ではティルトローター(V-22など)にも採用され、アメリカ陸軍の戦車M1エイブラムスや海上自衛隊のこんごう型護衛艦や水中翼船1号型ミサイル艇、LCAC等も駆動力としてターボシャフトを用いている。
羽根車を用いないのでガスタービンエンジンではないがジェットエンジンの一つで、機械的な圧縮機を使用することなく、吸気口前面に生ずるラム (ram) 圧により圧縮された空気に燃料を吹き付けて燃焼させ、推力を得る方式のエンジン。吸気口から突出した前後に可動するスパイクを有しており、そのスパイク先端で発生させた衝撃波面をエンジンナセルに接するように制御する。こうして生じた衝撃波面の後方では亜音速の空気流が生まれ、非常に高い動圧が静圧へと変換される(ほぼ等エントロピーでの圧縮が行われる)。
マッハ3から5程度の極超音速飛行に向く出力特性を持っているが、高速の空気流の衝突を前提としているため、機速が設計速度を下回ると著しく効率が悪化して充分な推力を発生することができない(もちろん静止時は動作しない)。そのために設計速度域へ到達させるための推進系が別途必要となる。この別の推進系としてはロケットやターボジェット(後述)が使用されている。
フランスのルネ・レドゥクは1930年代から独自のラムジェット推進機の構想を温め、世界初のラムジェット機レドゥク010を1949年に初飛行させた。その後ラムジェット戦闘機としての改良が続けられたが結局採用されることは無く、1958年に開発は終了した。
一方、アメリカでは1950年にYH32 ホーネットというラムジェット駆動のヘリコプターが試作されている。これはローター端にラムジェットを設置して回転させるというもので、ローター回転によるトルクが発生せずテールローターが不要というメリットがあったが、航続距離や隠密性の問題から実用性が低かったため導入には至らなかった。同様のヘリコプターは戦後に萱場製作所でも試作されている。
ミサイルには採用例が多い。その多くはラムジェットの作動域まで固体ロケットブースターによって加速する。多段式の他、ブースター部分の構造物をラムジェット用にも利用するタイプもあり、後者はインテグラル・ロケット・ラムジェット (integral rocket ramjet、IRR) などという。アメリカのボマーク、イギリスのシーダート、フランスのASMP、旧ソ連では特に多用されており、2K11クルーグ、2K12クブ、P-270モスキート、P-800オーニクス、Kh-31などがある。
ラムジェットエンジンの内部にターボジェットと同等の機構を取り付け、ラムジェットが作動する高速に達するまではターボジェットとして機能する形式のエンジン。もしくはターボジェットの外周部にラムジェットの機能を付加する形式ともいえ、高バイパス比ターボジェット (high-bypass-ratio turbojet) とも呼ばれる。流入空気をターボジェットへ回すか、完全にバイパスしてラムジェットとして機能させるかを飛行速度に応じてバイパスフラップで制御する。
現在のところ、上記のコンセプトに基づいて製作された実用エンジンは存在しない。
SR-71とその原型機(A-12やYF-12)に搭載されたプラット・アンド・ホイットニー J58シリーズをターボラムジェットエンジンに分類している事例が多く見られる。超音速飛行時にJ58はインレット部の空気吸入・圧縮で出力の8割を生み出す。しかし、超音速機においてインレットで推力が発生する事例は珍しくない。またJ58においてもインレット部で燃焼を行うわけではなく、燃焼室に等エントロピ圧縮された空気が供給されるわけでもない。製造元の Pratt & Whitney 社はJ58をターボジェットと分類している。
なお、ターボ・ラムジェット機としてしばしばMiG-25が挙げられることがある。しかしこれは誤りであり、同機は3000km/hの高速飛行時に得られるラム圧を考慮して圧縮機の圧縮比を低く抑えてあるだけで、ラムジェットとしてのエンジン動作は行っていない。
スーパーソニック・コンバスチョン・ラムジェット (supersonic combustion ramjet) を略してスクラムジェットと呼ぶ。基本的にはラムジェットと同じ発想のエンジンであるが、ラムジェットよりもより高速域で作動する事を前提とし、そのためエンジン内に吸入された空気流が、加圧された後もなお、超音速流が保たれる点が通常のラムジェットと異なる。空気流が高速であるため、燃焼が緩やかな場合は燃焼が終了しないうちにエンジン外に排出される事になる。そのためスクラムジェットエンジンの場合は速やかな燃焼を実現する必要がある。そのための燃料としては、現在は主に水素が用いられ、今のところ動作時間は数十秒が限度である(ただし、それでも大きな加速力を得ることができる)。極超音速での動作を目的としており、単段式宇宙往還機 (SSTO) を実現するための要素技術の一つとされる。
近年、日本を含めた主要先進各国でスクラムジェット機の構想や開発が行われているが、2007年現在で確実な成果を収めているのはNASAの開発したX-43である。X-43はスクラムジェットが動作するまでペガサス・ロケットにより加速される仕組みであり、2004年11月16日にマッハ9.8(時速12,144 km、7,546 mph)というエアブリージングエンジン搭載機としての最高速度記録を打ち立てている。
ラムジェットエンジンの内部に、固体燃料ロケットエンジンの固体燃料を充填したもの。固体燃料が存在する間はロケットエンジンとして動作するが、燃料を燃やし尽くすとその後はラムジェットエンジンとして動作する。
ミサイルにおいて採用される。P-800オーニクスやKh-31など。
空気取り入れ口に設けられたシャッターを高速で開閉することにより、燃焼過程と排気・吸気が交互かつ間欠的に行われる方式のエンジン。空気の圧縮には燃料の着火により生じる衝撃波の一種(爆轟波やデトネーションパルスと呼ばれる)によって発生する高圧を利用する。燃焼が間欠のため燃焼ガスに晒される部分の耐熱性が連続燃焼ガスタービンのそれより低くて済み、構造がきわめて単純なために製造コストが安く済むが、シャッターの開閉と燃料噴射・点火のタイミング制御が開発当初は課題となった。間欠吸排気に由来する独特の排気音が特徴である。エンジン全体がU字型をした、シャッター(バルブ)の無いバルブレス・パルスジェットエンジンもある。どちらも振動や騒音が大きく燃費も悪いため、圧縮機を備えたガスタービン型のジェットエンジンの登場と共に開発されることはなくなった。
第二次世界大戦時のドイツにおいて、V1飛行爆弾の推進器という実用例がある。同機では、使い捨てというミサイルの性質と、構造が簡単で安価に作れるというこのエンジンの性質、またタービン-コンプレッサー型のエンジンの開発の難しさもあり重宝された。前述のようにその後の世界では利点が薄く難点が多いため、広く実用された例はほぼ無い。
ジェットエンジンの黎明期に存在した圧縮機を外部動力(通常はレシプロエンジン)で駆動する形式のエンジンで、タービンは持たない。モータージェットやサーモジェット(セコンド・カンピニによる命名)と呼ばれた。ガスタービンエンジンの実現が困難であった時期に考案・試作されたが、燃焼ガスにより得られる推力はごく小さく、レシプロエンジン駆動のプロペラ推進に及ぶものではなかったために計画や実験の段階で開発が放棄されたものが多い。
最初の機体は1910年にアンリ・コアンダが製作したコアンダ=1910であるが、これはまともな飛行を行うことなく事故で失われた。その後、革新技術としてジェットエンジンが希求されるようになってから現れたのがイタリアで1940年に初飛行したカプロニ・カンピーニ N.1である。第二次世界大戦中にも各国でモータージェット機がいくつか計画されているが、一応実機が完成したのは日本の桜花22型(ツ11搭載)と旧ソ連のMiG-13やSu-5くらいであった。
広義にジェットエンジンに分類できるものを以下に示す。
吸入した圧縮空気を原子炉の炉心で加熱し噴射する方式。1950年代のアメリカにおいて、ジェット推進装置を搭載した実験機X-6の開発が試みられた。しかし遮蔽試験機NB-36Hによる予備的試験のみで計画は終了した。排気に多大な放射性物質が含まれる危険がある事、気体の熱交換効率は液体と比べて小さい事、放射線遮蔽のため搭載機体の重量が増大する事が問題とされた。
恒星間ラムジェット(バサード・ラムジェット)
恒星間宇宙船の動力として古くから考えられているアイデアで、基本はラムジェットである。星間ガスを巨大なラムスクープで集め、推進剤とする。
ジェット排気の方向を偏向したり、排気流もしくはバイパスした圧縮空気流を翼近傍に吹き付けてフラップの効果を高めるためのいくつかの装置が実用されている。それらは主に翼上面の気流を増速してその剥離を遅らせること(境界層制御)で高揚力を発生させる。代表的なものにジェットフラップ(排気方向を偏向する)、インターナリーブロウンフラップ (Internally Blown Flap, IBF)(圧縮空気を翼上面から吹き出す)、エクスターナリーブロウンフラップ (Externally Blown Flap, EBF)(排気流を翼下面から後縁フラップに吹き付ける)、アッパーサーフェスブローイング (Upper Surface Blowing, USB)(排気流を翼上面に沿って吹き付け、コアンダ効果を利用して後縁フラップ端まで気流の剥離を遅らせる)がある。