ジェットエンジンは、ジェット推進力によって推力を発生させる高速移動ジェットを放出する一種の反応エンジンです。この広い定義には、ロケット、ウォータージェット、およびハイブリッド推進が含まれますが、ジェットエンジンという用語は、通常、ターボジェット、ターボファン、ラムジェット、またはパルスジェットなどの内燃エアブリージングジェットエンジンを指します。一般的に、ジェットエンジンは内燃機関です。
エアブリージングジェットエンジンは通常、タービンを動力源とする回転式空気圧縮機を備えており、残りの動力は推進ノズルを介して推力を提供します。このプロセスはブレイトン熱力学サイクルとして知られています。
ジェット機は、長距離の移動にこのようなエンジンを使用します。初期のジェット機は、亜音速飛行には比較的非効率的なターボジェットエンジンを使用していました。最新の亜音速ジェット機のほとんどは、より複雑な高バイパスターボファンエンジンを使用しています。
これらは、長距離でのピストンおよびプロペラエアロエンジンよりも高速で燃料効率が高くなります。高速アプリケーション用に作られたいくつかのエアブリージングエンジン（ラムジェットおよびスクラムジェット）は、機械式コンプレッサーの代わりに、車両の速度のラム効果を使用します。
ジェットエンジンは、大きな推力によって生み出される大きな力で飛行機を前進させ、飛行機を非常に速く飛ばします。
ガスタービンとも呼ばれるすべてのジェットエンジンは、同じ原理で動作します。エンジンはファンで前部の空気を吸い込みます。コンプレッサーは空気の圧力を上げます。コンプレッサーは、シャフトに取り付けられた多くのブレードで作られています。
ブレードは高速で回転し、空気を圧縮または圧迫します。次に、圧縮空気に燃料が噴霧され、電気火花が混合気に点火します。燃焼ガスは膨張し、エンジンの後ろにあるノズルから噴出します。
ガスの噴流が後方に発射されると、エンジンと航空機は前方に押し出されます。熱風がノズルに送られると、タービンと呼ばれる別のブレードグループを通過します。タービンはコンプレッサーと同じシャフトに取り付けられています。タービンを回転させると、コンプレッサーが回転します。
下の画像は、空気がエンジンをどのように流れるかを示しています。空気はエンジンのコアとコアの周りを通過します。これにより、空気の一部が非常に高温になり、一部が低温になります。次に、冷たい空気がエンジン出口領域で熱い空気と混ざります。
推力は、エンジン、つまり飛行機を前方に押す前進力です。アイザックニュートン卿は、「すべての行動に対して、等しく反対の反応がある」ことを発見しました。エンジンはこの原理を使用します。
エンジンは大量の空気を取り入れます。空気は加熱され、圧縮され、減速されます。空気は多くの回転するブレードを通過します。この空気をジェット燃料と混合することにより、空気の温度は3000度にもなる可能性があります。
空気の力はタービンを回すために使用されます。最後に、空気が出ると、エンジンから後方に押し出されます。これにより、飛行機が前進します。
ファンはターボファンの最初のコンポーネントです。大型の回転ファンが大量の空気を吸い込みます。ファンのほとんどのブレードはチタン製です。次に、この空気を加速し、2つの部分に分割します。一部はエンジンの「コア」または中心を通って続き、そこで他のエンジンコンポーネントが作用します。
2番目の部分は、エンジンのコアを「バイパス」します。それはコアを囲むダクトを通ってエンジンの後ろに行き、そこで飛行機を前進させる力の多くを生み出します。この冷たい空気は、エンジンを静めるだけでなく、エンジンに推力を加えるのに役立ちます。
コンプレッサーはエンジンコアの最初のコンポーネントです。コンプレッサーは多くのブレードを備えたファンで構成されており、シャフトに取り付けられています。コンプレッサーは、コンプレッサーに入る空気を徐々に小さな領域に押し込み、その結果、空気圧が上昇します。
これにより、空気のポテンシャルエネルギーが増加します。押しつぶされた空気は燃焼室に押し込まれます。
燃焼器では、空気が燃料と混合されてから点火されます。空気流に燃料を噴霧するための20ものノズルがあります。空気と燃料の混合物が発火します。これにより、高温、高エネルギーの気流が提供されます。
燃料は圧縮空気中の酸素とともに燃焼し、高温で膨張するガスを生成します。燃焼器の内部は、耐熱性のチャンバーを提供するためにセラミック材料で作られていることがよくあります。熱は2700°に達する可能性があります。
燃焼器から出てくる高エネルギーの気流がタービンに入り、タービンブレードを回転させます。タービンはシャフトで連結されており、コンプレッサーのブレードを回転させ、前面の吸気ファンを回転させます。
この回転は、ファンとコンプレッサーを駆動するために使用される高エネルギーの流れからいくらかのエネルギーを取ります。燃焼室で生成されたガスはタービンを通って移動し、そのブレードを回転させます。ジェットのタービンは何千回も回転します。それらは、間にいくつかのボールベアリングのセットがあるシャフトに固定されています。
ノズルはエンジンの排気ダクトです。これは実際に飛行機の推力を生み出すエンジン部品です。エンジンコアをバイパスした冷たい空気に加えて、タービンを通過したエネルギーが枯渇した気流は、ノズルを出るときに力を生成し、エンジン、したがって飛行機を前進させるように作用します。
熱風と冷気の組み合わせが排出され、排気が発生し、前方への推力が発生します。ノズルの前には、エンジンコアから来る高温の空気とファンでバイパスされた低温の空気を組み合わせるミキサーがあります。ミキサーはエンジンを静かにするのに役立ちます。
航空機用ジェットエンジンの5つの主なタイプ
ターボジェットエンジンの基本的な考え方は単純です。エンジン前面の開口部から取り込んだ空気は、コンプレッサー内の元の圧力の3〜12倍に圧縮されます。燃料が空気に加えられ、燃焼室で燃焼されて、流体混合物の温度が約1,100°Fから1,300°Fに上昇します。結果として生じる熱風は、コンプレッサーを駆動するタービンを通過します。
タービンとコンプレッサーが効率的である場合、タービン吐出時の圧力は大気圧の2倍近くになり、この過剰な圧力がノズルに送られ、高速のガス流が生成されて推力が発生します。アフターバーナーを使用することで、推力を大幅に向上させることができます。
これは、タービンの後、ノズルの前に配置された2番目の燃焼室です。アフターバーナーは、ノズルの前のガスの温度を上げます。この温度上昇の結果、離陸時の推力が約40％増加し、飛行機が空中にあると高速での推力がはるかに大きくなります。
ターボジェットエンジンはリアクションエンジンです。反応エンジンでは、膨張するガスがエンジンの前面を強く押します。ターボジェットは空気を吸い込み、圧縮または圧搾します。ガスはタービンを通って流れ、タービンを回転させます。これらのガスは跳ね返り、排気ガスの後部から噴出し、飛行機を前方に押し出します。
ターボプロップエンジンは、プロペラに取り付けられたジェットエンジンです。後部のタービンは高温ガスによって回転し、これがプロペラを駆動するシャフトに変わります。一部の小型旅客機や輸送機はターボプロップエンジンを搭載しています。
ターボジェットと同様に、ターボプロップエンジンはコンプレッサー、燃焼室、タービンで構成されており、空気とガスの圧力を使用してタービンが作動し、コンプレッサーを駆動するための動力が生成されます。
ターボジェットエンジンと比較して、ターボプロップは時速約500マイル未満の飛行速度でより優れた推進効率を発揮します。最新のターボプロップエンジンには、直径は小さいがブレードの数が多いプロペラが装備されており、はるかに高い飛行速度で効率的に動作します。
より高い飛行速度に対応するために、ブレードはシミター型で、ブレードの先端に後退した前縁があります。このようなプロペラを備えたエンジンはプロップファンと呼ばれます。
ターボファンエンジンの前面には大きなファンがあり、空気を吸い込みます。エンジンの外側の周りのほとんどの空気の流れは、エンジンを静かにし、低速でより多くの推力を与えます。今日の旅客機のほとんどはターボファンを動力源としています。
ターボジェットでは、吸気口に入るすべての空気は、コンプレッサー、燃焼室、タービンで構成されるガスジェネレーターを通過します。ターボファンエンジンでは、流入する空気の一部のみが燃焼室に入ります。
残りはファンまたは低圧コンプレッサーを通過し、「コールド」ジェットとして直接排出されるか、ガスジェネレータの排気と混合されて「ホット」ジェットを生成します。この種のバイパスシステムの目的は、燃料消費量を増やすことなく推力を増やすことです。
これは、総空気質量流量を増やし、同じ総エネルギー供給内の速度を下げることによって実現されます。
これは、ターボプロップシステムのように動作するガスタービンエンジンの別の形式です。プロペラを駆動しません。代わりに、ヘリコプターのローターに電力を供給します。ターボシャフトエンジンは、ヘリコプターのローターの速度がガス発生器の回転速度に依存しないように設計されています。
これにより、発電機の速度を変化させて生成される電力量を調整する場合でも、ローター速度を一定に保つことができます。
最も単純なジェットエンジンには可動部品がありません。ジェットの速度は、エンジンに空気を「突っ込む」または強制します。本質的には回転機械を省略したターボジェットです。その圧縮率は転送速度に完全に依存するという事実によって、そのアプリケーションは制限されます。
ラムジェットは静的な推力を発生せず、一般に音速以下の推力はほとんど発生しません。結果として、ラムジェット車両は、別の航空機など、何らかの形の補助離陸を必要とします。これは主に誘導ミサイルシステムで使用されてきました。宇宙船はこのタイプのジェットを使用します。