パルスジェット

パルスジェットエンジンとは

パルスジェットエンジンは、間欠燃焼を利用するジェットエンジンの一種です。その最大の特徴は、構造が非常に単純であることです。このシンプルさから、給湯器などの熱供給源としても利用されています。かつては、ミサイルや航空機の推進装置として実用化された歴史もあります。

構造

一般的なパルスジェットエンジンの構造は、以下の要素で構成されています。

吸気口: エンジン前部に位置し、空気を取り込むための開口部です。吸気口の手前にはシャッターが設けられていることが多いです。
燃焼室: 取り込まれた空気と燃料が混合され、燃焼が起こる場所です。燃焼室は、吸気口よりも広くなっているのが一般的です。
ノズル: 燃焼ガスを後方に噴射する部分です。ノズルは、燃焼室よりも狭くなっています。

この構造により、吸気、圧縮、燃焼、排気のサイクルが連続的に行われます。

1. 吸気: 吸気口から空気が燃焼室に流れ込みます。
2. 圧縮: シャッターが閉じることで、燃焼室内の空気が圧縮されます。また、燃焼室後部で反射した衝撃波が吸気を圧縮する役割も果たします。
3. 燃焼: 圧縮された空気と燃料の混合気に点火し、爆発的な燃焼を起こします。
4. 排気: 燃焼ガスはノズルから後方に噴射され、推力を生み出します。

このサイクルが連続して繰り返されることで、エンジンが作動します。シャッターは、爆発時の圧力を有効活用する役割と、飛行機に使用した場合に、シャッター前方で吸気を若干圧縮する役割を持ちます。そのため、推力を犠牲にすればシャッターなしでも動作可能です。

歴史

パルスジェットエンジンの歴史は、スウェーデン人のマルティン・ヴィーベリが最初に考案したことに始まります。しかし、彼の考案したエンジンが商業的に成功することはなく、その後、第二次世界大戦中にドイツが開発したV1ミサイルに搭載され実戦投入されました。このエンジンは、構造が簡単で大量生産に向いていましたが、ターボジェットエンジンに比べると燃費が悪く、推力も低いため、速度性能は高くありませんでした。V1ミサイルは、その独特な作動音から、当時のロンドン市民に恐怖感を与えたとされています。また、日本海軍の特攻機「梅花」にも使用される予定でしたが、実戦投入されることはありませんでした。

その後、航空機用エンジンとしての利用は下火になりましたが、近年、アメリカのWave Engine社がドローン用のパルスジェットエンジンを開発し、2024年に納入を開始しました。この動きから、構造が簡単で安価なパルスジェットエンジンが、軍事攻撃用のドローンのエンジンとして再び注目を集めています。

応用例

近年では、パルスジェットエンジンは、そのシンプルさを活かして、熱供給源としての利用が広がっています。特に、熱処理油浴の加熱や給湯器、フライ揚げ機などの用途で活用されています。これらの用途では、パルスジェットエンジンの排気を細管に導入して液体を加熱する仕組みが用いられます。また、排気圧力のチャンバー効果による負圧を利用して、次の爆発に必要な吸気を行うため、始動時を除き送風機が不要になるというメリットもあります。さらに、熱効率の良さを利用して、フロンガス等の熱分解にも研究が進められています。

パルスデトネーションエンジン

パルスジェットエンジンの一種として、燃焼速度が音速を超える爆轟を形成するパルスデトネーションエンジンも研究されています。このエンジンは、燃焼過程が等容・断熱的であるため、高い効率を達成できると期待されています。

まとめ

パルスジェットエンジンは、そのユニークな構造と作動原理から、様々な分野での応用が期待されるエンジンです。今後は、ドローンなどの新たな分野での活躍に注目が集まります。

特徴
構造が単純
熱供給源としても利用可能
独特な作動音
燃費が悪い
用途
ミサイル
航空機
給湯器
熱処理油浴
ドローン
関連技術
パルスデトネーションエンジン

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