ジェットエンジン
この形式を採用した代表的な機体は1940年に初飛行したイタリアのカプロニ・カンピーニ N.1である。当時はファシスト党のプロパガンダの影響もあってプロペラのない先進的な飛行機として注目されたが、性能は通常のレシプロ機に及ばず、ジェット流により得られる推力も微々たるものであった。なお、カプロニ・カンピーニに先立ってルーマニアのアンリ・コアンダが製作したコアンダ=1910というモータージェット機が存在し、第二次世界大戦中には日本や旧ソ連でいくつかのモータージェット機開発が見られたが、結果的に後の技術史へ大きな影響を与えることはなかった。
現代につながるジェットエンジンは、イギリス空軍の技術士官フランク・ホイットルとドイツの技術者ハンス・フォン・オハインがそれぞれ独立に考え出したターボジェットエンジンである。ホイットルは1920年代からジェットエンジンの研究を始め、1937年4月にパワージェットと呼ばれるターボジェットを完成させた。ホイットルのチームがジェットエンジンの実験を最初に行なったとき、燃料の供給を止めた後に燃料が逆流して溢れ出し、それが燃え尽きるまでエンジンが止まらずパニックになりそうになったというエピソードが残っている。一方、オハインは当時の航空機業界の大物だったエルンスト・ハインケルに招聘され、ハインケルで1936年からジェット推進機関の研究を始めた。そうしてオハインが水素燃料式のHeS 1を経て完成させたHeS 3はHe178に搭載され、同機は1939年8月に世界初のターボジェットエンジンによる飛行を成し遂げた。
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。
NASAの開発したスクラムジェットエンジン
環境保護の観点から、運転されるエンジンから排出される一酸化炭素や窒素酸化物といった有害廃出物の量は少ないほうが良く、燃焼室の性能の1つに数えられる。
エンジン内の滑油系統の作動状況を指示する系統であり、操縦席の計器盤に計器で指示する。一般には、滑油圧力計、滑油温度計、滑油容量計、低滑油圧力警報灯、主フィルター閉塞警報灯などがある。
潤滑油は滑油タンク→主滑油ポンプ→主フィルター→調整弁→滑油冷却器→各軸受部にあるフィルター→滑油ノズル→軸受部→排油ポンプ→滑油タンクの経路で循環する方式と滑油タンク→主滑油ポンプ→主フィルター→調整弁→各軸受部にあるフィルター→滑油ノズル→軸受部→排油ポンプ→滑油冷却器→滑油タンクの経路で循環する方式があり、前者は軸受部からの高温の排油が冷却されず直接に滑油タンクに戻る方式でありホット・タンク・システムと呼んでおり、後者は軸受部からの高温の排油が冷却された後に滑油タンクに戻る方式でありコールド・タンク・システムと呼んでいる。
ライト兄弟が1903年に初めて飛行に成功した時から第二次世界大戦頃まで、飛行機の推進装置の主流はレシプロエンジンとプロペラの組み合わせであった。飛行機の軍事的価値が高まるに従い、より高速で上昇性能も優れた機体が希求されるようになったが、レシプロエンジンの構造的制約からくる出力の頭打ちとプロペラ推進の空力的な限界により、機体の性能向上にも陰りが見え始めていた。そのような潮流の中で新しい航空機用推進機関が検討されるようになり、1930年代にはイギリスやナチス・ドイツを中心として本格的な研究・開発が始められた。この時期に今日ロケットやジェットエンジンとして知られる噴流推進機関の基本形が考案されることとなり、ガスタービン型のジェットエンジン(ターボジェットエンジン)開発も同時に始まっている。圧縮機とタービンを備えたガスタービンの概念そのものは1791年にイギリスのジョン・バーバー(英語版) によってすでに提出されていたが、それから100年以上経った1903年になってノルウェーの技術者エギディアス・エリング (Ægidius Elling) が初めて実動させることに成功した。主な課題はタービン出力から圧縮機を回転させることにあった。また、以後のガスタービン実用化に際しては耐熱合金の開発や、熱膨張によるタービンブレードの亀裂を克服する必要があった。
ガスタービン型ジェットエンジン研究の初期にはタービン出力のみで圧縮機を回転させることが難しかったため、折衷案としてレシプロエンジンによる圧縮機駆動を行うモータージェットも考案された。
エンジンを始動させるには、始動機を使用して圧縮機を外部から機械的に回転させ、燃料と空気を燃焼室に送り込み、そこで燃料と空気の混合気に点火して燃焼させた後に、エンジンが自立運転できるアイドリング速度まで圧縮機を回転させる。
通常はニューマテック・スタータと呼ばれる小型の空気タービンを機体に装備されたAPUからの高圧の圧縮空気で駆動するか、地上の設備設備からの高圧の圧縮空気を供給することで回転させる。ニューマテック・スタータには、軸流式とラジアル式があり、軸流式では、タービン翼車、遊星歯車減速機構、ラチェット歯車式クラッチ、出力軸から構成され、スターター空気閉止弁が開くと、高圧の圧縮空気がタービン翼車を通り、遊星歯車減速機構でタービン翼車出力軸の低トルク高回転を高トルク低回転に変換して出力軸に伝達する仕組みとなっており、エンジンの回転数が一定以上になると、遠心力によりラチェット歯車式クラッチのかみ合いが外れて、エンジンとニューマテック・スタータの機械的な繋がりが断たれる。また、スターター空気閉止弁は、ニューマテック・スタータの回転数が一定以上になると、内部のフライ・ウエイト開閉スイッチにより、自動的に閉じてニューマテック・スタータを安全に停止させる。両者ともアクセサリー・ドライブ・ギア・ボックスとギアボックス駆動軸を介して圧縮機軸を外部から機械的に回転させる。地上の設備からの高圧の圧縮空気を供給する場合では、それを作り出すコンプレッサは起動車に搭載されており、必要に応じて航空機に横付けし起動後は撤収する。
超軽量ジェット機等に搭載される小型エンジンには、ピストンエンジンの様にセルモーターで直接始動できる物もある。
タービン部入口温度が高ければ高いほど出口へ向かう過程での膨張比が大きくなり、圧縮機の圧縮比が高くできることによりエンジン効率は向上する。このためタービンブレードは高温に曝されながら同時に遠心力や振動に耐えうる能力が求められ、その材質や構造には特別な注力が払われている。
実際の膨張仕事と理想的な膨張仕事との比をタービン断熱効率またはタービン効率と呼ばれ、21世紀現在では90%以上に達している。
タービン・ブレードの材質にはニッケル合金やコバルト合金といった耐熱合金が用いられ、近年ではさらなる高温に耐えうるセラミック製や、溶融した金属の凝固時に温度管理を厳密に行う事で結晶化する方向を揃えた一方向凝固や単結晶凝固のブレードも使用されている。
特に燃焼室側に近いタービン入口部の最初の数段のブレードは高効率な冷却機構を備えている。多くの場合はブレード内部に分割された空洞があり、そこへ圧縮機からバイパスされた圧縮空気がローター取り付け部より導入される。このバイパス空気を通してブレード内部を空洞を通して対流冷却するコンベクション冷却は最も基本的な方式であり、さらに内部を冷却したバイパス空気をブレードの翼表面や後縁部の細孔から流出させて断熱層を作り外部からもブレードを冷却するフィルム冷却方式とするものもある。