国鉄キハ391系気動車
ガスタービンエンジンの鉄道車両での使用については、ガスタービンエンジンで発電した電気により駆動する電気式気動車の一種、電気式ガスタービン車(カナダ・アメリカで運行されたUACターボトレインなどが該当)と、ガスタービンエンジンからタービン羽と機械式変速機(あるいは液体変速機)を通じて直接駆動力を取り出す、機械式(液体式)ガスタービン車(フランスのターボトレイン〔チュルボトラン〕などが該当)があるが、本車は機械式ガスタービン駆動を採用した。
ガスタービン機関は石川島播磨重工業がゼネラル・エレクトリックとの技術提携によって国産化したIM100-2R型(1,050Ps)を搭載したこのガスタービンエンジンは、たった165 kgの重量しかなく、従来のキハ181系のディーゼルエンジンと比べて2倍以上の出力で1/21程度の重量と大幅な軽量化を達成している。
当初、ガスタービン機関は低重心化も兼ねて通常の気動車と同様、床下に搭載する計画であったが、低床化により床下にスペースがなく、M2車を機械室と通路のみの動力車として、床上に搭載した。また、M2車には吸気室があり、慣性分離フィルターとビニロックフィルターを併用して、空気を浄化し、機関へ送り込んでいる。
ガスタービンから取り出した動力は、ギヤカップリングによってはすば歯車(1段、アイドラ軸付き)に入力され、1方向クラッチを通じて逆転減速機に入力され、床下の推進軸によって動台車を駆動している。推進軸は比較のため、1本は従来からの十字軸接手、もう1本は等速ポールジョイントを採用した。
新幹線網のフィーダーとなる在来線特急列車の高速化、特に非電化区間の高速化を狙い、1972年(昭和47年)にその試作車として開発され国鉄大宮工場で制作された。
形式は国鉄新系列気動車の車両形式の付番に基づき、数字の百の位は「ガスタービン車」を表す「3」、十の位は「試作車・試験車」を表す「9」を用いているが、用途記号は事業用車にあたる「ヤ」ではなく営業用に準じ普通車を表す「ハ」を用いている。
特に本形式は片持ち式の連接構造やガスタービンエンジン駆動、車体傾斜(自然振子式)を採用したことが特徴であったが、連接構造に起因する種々の問題があった上、試験終了後の1973年(昭和48年)に勃発した第四次中東戦争、それ端を発した第1次オイルショックによってガスタービンエンジン駆動車両の開発自体が頓挫してしまい、量産車の登場に至ることはなかった。