プロップファン

プロップファンエンジンとは

プロップファンエンジン（propfan engine）は、オープンローターエンジン（open rotor engine）とも呼ばれ、ターボプロップエンジンをさらに発展させた航空機用エンジンの一種です。このエンジンは、ターボファンエンジンに匹敵する高速性能と、ターボプロップエンジンが持つ優れた燃費性能の両立を目指して開発されました。

基本構造

プロップファンエンジンの多くは、タービンと同軸上に、後退角を持つ二重反転プロペラを配置した構造をしています。初期には多数の羽根を持つ単一プロペラの牽引式が主流でしたが、その後、二重反転プロペラの推進式が一般的になりました。この独特な構造が、プロップファンエンジンの特徴的な外観と性能を生み出しています。

開発の背景

一般的なプロペラ機が高速で飛行する際、プロペラの先端が音速を超えることで衝撃波が発生し、効率が低下するという問題がありました。そのため、従来のターボプロップ機は速度に限界があり、より高速な航空機にはターボファンエンジンが用いられていました。しかし、1970年代のオイルショックを契機に、燃費向上が重要な課題となり、高速性能と燃費効率を両立させるプロップファンエンジンの研究が活発化しました。

技術的進歩

プロップファンエンジンの開発では、複合材料の使用や、衝撃波の発生を遅らせる後退角付きプロペラの設計が重要な要素となりました。1980年代の実験では、従来のターボファンエンジンと比較して30%から45%の燃料消費率の低下が確認されました。しかし、プロペラによる騒音や振動が大きな問題となり、実用化は遅れていました。その後、石油価格の低下や高バイパス比ターボファンエンジンの登場により、プロップファンエンジンの燃費面での優位性は薄れ、アメリカでは研究が一旦終了しました。

ソ連における開発

一方、ソビエト連邦では軍用輸送機向けに牽引式プロップファンの研究が進められ、1994年にウクライナのアントノフAn-70が世界初の実用プロップファン機となりました。2000年代に入り、石油価格が再び上昇したことで、ゼネラル・エレクトリックなどの企業がプロップファンエンジンの研究を再開しています。

主な研究開発

アメリカ航空宇宙局（NASA）

1970年代、NASAは「先進ターボプロップ計画（ATP）」を通じて、高効率ターボプロップエンジンの研究を開始しました。アリソン、プラット＆ホイットニー、ハミルトン・スタンダードと共に研究を進め、1987年にはグラマン ガルフストリームIIにエンジンとプロペラを搭載して試験を行いました。

ゼネラル・エレクトリック

ゼネラル・エレクトリックは、「アンダクテッドファン（UDF）」と名付けた推進式プロップファンの研究を進めました。1986年には試作エンジンGE-36をボーイング727に搭載して試験を行い、その後MD80でも試験を実施しました。現在、CFMインターナショナルにおいて研究が続けられており、「CFM RISE」という新たな開発プログラムも発表されています。このプログラムでは、従来の二重反転プロペラではなく、単一の回転プロペラと可変ピッチのアウトレットガイドベーンが採用されています。

ボーイング

ボーイングは、日本との共同開発を予定していたボーイング7J7へのGE-36の搭載を検討していました。ボーイング727のエンジンをGE-36に換装した試験では、45%の燃費改善が報告されています。

マクドネル・ダグラス

マクドネル・ダグラスは、MD-94XへのGE-36の搭載を検討し、MD80にGE-36を搭載した実験機で試験を行いました。1988年までの試験で、燃費はターボファン搭載のMD80に比べて30%優れており、騒音や振動についても良好な結果が得られました。

アリソン/プラット＆ホイットニー

ゼネラル・エレクトリックと同時期に、アリソン、プラット＆ホイットニー、ハミルトン・スタンダードもNASAの研究を基に、共同で578-DXプロップファンを試作しました。578-DXは、減速ギアボックスを低圧タービンとプロップファンの間に備えていましたが、騒音が大きかったため、実用化には至りませんでした。

本田技術研究所

本田技術研究所では、1987年から1989年にかけて、「2.5X」という名称で二重反転推進式プロップファンエンジンの研究が行われていました。

クズネツォフ

クズネツォフは、Il-106輸送機向けに開発が中止されたNK-92エンジンを基に、NK-93プロップファンエンジンの開発を進めました。2007年にはIl-76に搭載して試験が行われましたが、2009年に開発中止が発表されました。このエンジンは、ダクトにプロペラを収めた独特な外観をしていました。

イーウチェンコ＝プロフレース

イーウチェンコ＝プロフレースは、1992年にプログレスD-27プロップファンエンジンを開発しました。これは、Tu-95に搭載されているクズネツォフNK-12と同様の同軸反転プロペラを備えた牽引式で、従来型のターボプロップエンジンに近い外観をしています。D-27は、アントノフAn-70輸送機に4基搭載され、世界初の実用プロップファンエンジンとなりました。

ロールスロイス

2008年、ロールス・ロイス・ホールディングスがプロップファンエンジン「RB3011」を開発中であることが報道されましたが、2013年に計画の中止が発表されました。

プロップファンエンジンの種類

プロップファンエンジンには、大きく分けて推進式と牽引式の2種類があります。

推進式プロップファンエンジン：エンジンの後方にプロペラを備えるタイプで、ゼネラル・エレクトリックのGE-36やプラット＆ホイットニー/アリソンの578-DXなどが該当します。
牽引式プロップファンエンジン：エンジンの前方にプロペラを備えるタイプで、プログレスD-27やクズネツォフNK-93などが該当します。

プロップファン搭載機

プロップファンエンジンを搭載した主な航空機には、以下のようなものがあります。

アントノフ An-70
ベリエフ A-42PE (計画)
マクドネル・ダグラス MD-94X (開発中止)
ボーイング 7J7 (開発中止)
ヤコブレフ Yak-46 (開発中止)
アントノフ An-180 (開発中止)

関連技術

プロップファンエンジンに関連する技術として、以下のようなものがあります。

ギヤード[[ターボファンエンジン]]：ターボファンエンジンの低圧タービンとファンをギアボックスで接続し、効率を高める技術。
ユーロプロップ・インターナショナル TP400：エアバスA400Mに搭載されているエンジン。
* クズネツォフ NK-12：Tu-95やTu-114に搭載されているエンジン。

まとめ

プロップファンエンジンは、高速性と燃費効率を両立させる革新的な技術として期待されましたが、騒音や振動の問題、市場環境の変化などにより、実用化には至っていない状況です。しかし、近年では燃費向上の必要性が再び高まっており、プロップファンエンジンの研究開発が再び注目されています。

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