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アラン・アーノルド・グリフィスCBEFRS [ 1 ] (1893 年 6 月 13 日 - 1963 年 10 月 13 日) はイギリスのエンジニアで、ヴィクトリア朝時代のSF作家ジョージ・グリフィス応力に関する研究(現在では金属疲労) や、ジェットエンジン。グリフィスの先進的な軸流ターボジェットエンジンの設計は、イギリス初の運用可能な軸流ターボジェットエンジンであるメトロポリタン・ヴィッカース F.2王立航空研究所のエンジン部門の責任者からロールス・ロイスに移って働き始めたため。
A.A.グリフィスは機械工学で首席の成績を収め、その後リバプール大学で修士号と博士号を取得した。1915年、彼は王立航空機工場に研修生として採用され、翌年には後に王立航空機研究所（RAE）と改称されることになる同工場の物理・計測部門に加わった。
グリフィスの初期の研究成果の中には、今日でも広く利用されているものがある。1917年、彼はGIテイラーとともに、応力問題を研究する方法として石鹸膜の利用を提案した。この方法では、研究対象物の縁を表す複数の糸の間に石鹸の泡を張り、膜の色の変化によって応力のパターンを示す。この方法、および類似の方法は、コンピュータモデリングが主流となる1990年代まで長く用いられた。
グリフィスは、ガラスなどの脆性材料における亀裂伝播による応力と破壊の性質に関する理論的研究でより有名です。彼の亀裂伝播基準は弾性材料にも適用されます。[ 2 ]当時、材料の強度は一般的にE/10（Eはその材料のヤング率）であると考えられていました。しかし、これらの材料は、この予測値のわずか1000分の1で破壊することが多いことはよく知られていました。グリフィスは、すべての材料に多くの微細な亀裂があることを発見し、これらの亀裂が材料全体の強度を低下させると仮説を立てました。これは、固体内の空隙や表面の傷が応力を集中させるためであり、これは当時すでに機械工にはよく知られていた事実です。この集中により、材料全体では応力がE/10に達するように見えるずっと前に、亀裂の先端で応力がE/10に達することになります。
この研究から、グリフィスは弾性ひずみエネルギーの概念を用いて、独自の脆性破壊理論を構築した。彼の理論は、関与するエネルギーを考慮することで、楕円形の亀裂伝播の挙動を記述した。グリフィスは、亀裂長さの増加に関連するシステムの内部エネルギーの観点から亀裂伝播を記述し、その関係は次の式で表される。
ここで、U eは材料の弾性エネルギー、U s は亀裂の表面積、W はサンプルに加えられた仕事、dc は亀裂長さの増加を表す。[ 3 ]
この関係はグリフィスの基準を確立するために用いられました。グリフィスの基準とは、亀裂が材料を破壊するのに十分なほど伝播できる場合、表面エネルギーの増加がひずみエネルギーの損失に等しくなるというものであり、脆性破壊を記述する主要な方程式と考えられています。解放されるひずみエネルギーは亀裂の長さの二乗に正比例するため、亀裂が比較的短い場合にのみ、伝播に必要なエネルギーが利用可能なひずみエネルギーを超えます。グリフィスの臨界亀裂長を超えると、亀裂は危険なものとなります。
1920年に発表されたこの研究（「固体における破断と流動の現象」）[ 4 ]は、多くの産業で新たな認識をもたらしました。冷間圧延などのプロセスによる材料の「硬化」はもはや謎ではなくなりました。航空機の設計者は、当時必要とされていたよりもはるかに頑丈に作られていたにもかかわらず、なぜ設計が失敗したのかをよりよく理解できるようになり、すぐに金属を研磨して亀裂を取り除くようになりました。この研究は後に、 1950年代にGR Irwin、RS Rivlin、AG Thomasによって一般化され[ 5 ] [ 6 ]、脆性材料だけでなく、ほぼすべての材料に適用されました。
1926年、グリフィスは画期的な論文「タービン設計の空力理論」を発表した。[ 7 ]彼は、既存のタービンの性能が劣悪なのは、ブレードが「飛行失速」状態になるという設計上の欠陥によるものであることを示し、性能を劇的に向上させる現代的な翼型をブレードに提案した。この論文ではさらに、軸流圧縮機と2段タービンを使用したエンジンについて説明しており、第1段は圧縮機を駆動し、第2段はプロペラを駆動する動力取り出し軸である。この初期の設計は、ターボプロップエンジンの先駆けとなった。この論文の結果、航空研究委員会は、単段軸流圧縮機と単段軸流タービンを使用した小規模実験を支援した。1928年に作業が完了し、試験済みの設計が完成し、これを基にさまざまな概念をテストするための一連の設計が構築された。
ちょうどこの頃、フランク・ホイットルは遠心圧縮機と単段タービンを用いたタービンエンジンに関する論文を執筆し、排気ガスの余剰動力を航空機の推進力として利用するという構想を打ち出した。ホイットルは1930年にこの論文を航空省に送付し、航空省はそれをグリフィスに渡して意見を求めた。グリフィスはホイットルの計算に誤りがあることを指摘した後、圧縮機の前面サイズが大きいため航空機での使用には不向きであり、排気ガス自体からの推力もほとんど得られないだろうと述べた。航空省はホイットルに対し、この設計には興味がないと回答した。ホイットルは落胆したが、イギリス空軍の友人たちに説得され、それでもこのアイデアを追求することにした。ホイットルは1930年にこの設計の特許を取得し、 1935年にパワー・ジェッツ社を設立して開発を進めることができた。
グリフィスはその後、サウスケンジントンに新設された航空省研究所の主任科学官となった。ここで彼は、コンプレッサー/タービンディスクを交互に反対方向に回転させる対向流ガスタービンを発明した。回転する各ディスクの間に固定ステーターは必要なかった。適切な量の旋回流を得るためのブレードの設計は難しく、コンプレッサー流路とタービン流路を密閉することも難しかった。1931年、彼はエンジン研究の責任者としてRAEに戻ったが、軸流エンジンの開発作業が実際に始まったのは、彼がエンジン部門の責任者になった1938年になってからだった。ヘイン・コンスタントがエンジン部門に加わり、蒸気タービンメーカーのメトロポリタン・ヴィッカース（メトロヴィック）と協力して、グリフィスのオリジナルの非対向流設計の作業を開始した。
短期間のうちに、パワー・ジェッツでのホイットルの研究は大きな進展を見せ始め、グリフィスはジェットを直接推進力として使用することについての自身の立場を再評価せざるを得なくなった。1940年初頭の急な再設計により、メトロヴィックF.2が誕生し、同年後半に初飛行を行った。F.2は1943年に推力2,150 ポンドで飛行試験の準備が整い、 11月にはグロスター・ミーティアの代替エンジンとしてF.2/40が飛行した。小型エンジンにより、 Me 262にかなり似たデザインとなり、性能も向上した。しかしながら、このエンジンは複雑すぎると判断され、量産には至らなかった。
グリフィスは1939年にロールス・ロイスに入社し、1960年に同社の主任科学者の職を退くまで勤務した。彼は、軸流圧縮機と単段タービンを使用したシンプルなターボジェットエンジンの配置を提案し、AJ.65と呼ばれ、後にエイボンと改名され、同社初の量産型軸流ターボジェットとなった。彼はまた、さまざまなバイパス方式も提案したが、機械的に複雑すぎるものもあった。その中には、2つの圧縮機を直列に使用した方式もあり、これは後にコンウェイで使用された。グリフィスは、ホバリング時にエアジェットを使用して制御するなど、垂直離着陸（VTOL）技術に関する先駆的な研究を行った。彼は、小型でシンプルで軽量なターボジェットのバッテリーを使用して、航空機を水平姿勢で持ち上げる「フラットライザー」を提案した。ホバリング時の制御は、ロールス・ロイス推力測定装置を使用して調査されたが、偏向推力を持つ従来型のエンジンが使用された。ショートSC.1では、4基のリフトエンジンが使用されました。
グリフィスは、材料科学への貢献に対して材料・鉱物・鉱業研究所が毎年授与するAAグリフィス・メダルおよび賞で記念されている。[ 8 ]この賞は2021年に廃止された。
