アフターバーナー

アフターバーナーとは

アフターバーナー（afterburner、A/B）は、ジェットエンジンの効率的な運用において欠かせない装置で、エンジンからの排気に追加で燃料を噴射し、再度燃焼させることで出力を大幅に増加させる役割を果たします。実際、アフターバーナーはGE社の商標であり、一般的にはオーグメンター（augmentation device）とも呼ばれています。

アフターバーナーの原理

アフターバーナーの機能は、ガスタービンエンジンの運転理論に基づいています。理論的な空燃比は約15対1ですが、実際の運転では約60対1としたり、リーンバーン（薄い混合比）で燃焼することが多いです。これは、エンジンの効率や小型化を考慮した結果です。一般的に、燃焼時に使われる空気の一部は、タービンブレードや燃焼室の冷却に回されるため、排気の中にはまだ残っている酸素が多く含まれます。この高温高圧の排気に新たに燃料を吹き込み燃焼させることで、出力が最大で約50パーセントも向上します。しかし、その燃焼効率はあまり高くなく、大規模な装置を要しないことがアフターバーナーの利点でもあります。

アフターバーナーの構造

アフターバーナーは、ジェットエンジンの圧縮機や燃焼室、タービンと排気ノズルの間に配置されます。多くのアフターバーナーは、エクゾーストパイプが二重構造で作られており、冷却効果を高めていますが、タービンから吹き出す排気は非常に高速であるため、流速を穏やかに保つための工夫がいくつか施されています。その一つがフレームホルダーで、火炎が安定して燃焼し続けられるよう助ける役割を担っています。フレームホルダーの近くには、燃料ノズルが設置されており、効率的に燃料が霧状に噴射されます。点火プラグが点火することで、アフターバーナーは正常に動作します。

使用状況

アフターバーナーは主に戦闘機や超音速爆撃機に取り付けられており、旅客機ではコンコルドやツポレフTu-144のような機体に限られています。この装置は高推力が必要な場合にのみ使用され、離陸時や急加速時のほか、戦闘機の場合は戦闘機動時にも活用されます。

例えば、F-15戦闘機はアフターバーナーを全開にすると15-20分で燃料を使い切るため、通常は短時間の高出力が求められる場合に使用されます。これが発生する条件として、機体設計上の制約や特定のタスクにおける高出力の必要性が挙げられます。対照的に、民間航空機は通常の運行時にはこの装置を使用しません。

ターボファンエンジンとの関係

最近の技術革新では、ターボファンエンジンが導入され、超音速飛行にも対応できるようになりました。ターボファンエンジンは、エンジン内部での空気の流れが異なるため、アフターバーナーの効果が大きくなります。このようなエンジンを搭載した戦闘機では、アフターバーナーがほぼ必須となりますが、それも燃料の消費量が増えることを意味します。

最近の戦闘機、例えばF-22は、アフターバーナーなしでも超音速飛行が可能ですが、これには先進的なエンジン技術が反映されています。

結論

アフターバーナーは、効率には課題があるものの、瞬時に高出力を得られる重要な装置です。現代の航空機では、高速飛行を求められる際や特定の条件下でが活躍ますが、その運用には注意が必要です。

もう一度検索