二重反転プロペラ

二重反転プロペラ（CRP）^[1] 同軸二重反転プロペラ、または高速プロペラを装備した航空機は、通常、シングルピストンエンジンまたはターボプロップエンジンの最大出力を適用して、一対の同軸 プロペラを二重反転で駆動します。2つのプロペラは前後に配置され、動力はエンジンから遊星歯車または平歯車 トランスミッションを介して伝達されます。二重反転プロペラは逆回転プロペラとも呼ばれますが、^{[2] [3]}逆回転プロペラという用語は、反対方向に回転する別々の非同軸シャフト上のエアスクリューを指すときにより広く使用されます。

対気速度が低い場合、プロペラ ディスクを流れる空気の質量(推力) により、回転するブレードによって大量の接線方向または回転方向の空気流が生成されます。この接線方向の空気流のエネルギーは、単一プロペラ設計では無駄になり、空気が垂直安定板に衝突してプロペラの回転方向に応じて航空機が左右に揺れるため、低速での操縦に問題が生じます。この無駄なエネルギーを利用するために、最初のプロペラの後ろに 2 番目のプロペラを配置して、乱れた空気流を利用します。

適切に設計された二重反転プロペラは回転する空気の流れがなく、プロペラ ディスクを通して均一に最大量の空気を押し出すため、高性能と低い誘導エネルギー損失が得られます。また、従来のプロペラの非対称 トルク効果に対抗する役割も果たします ( P 係数を参照)。一部の二重反転システムは、離陸時に使用してそのような状況で最大のパワーと効率を得るように設計されており、巡航中はプロペラの 1 つを無効にして飛行時間を延長できます。

一対の二重反転プロペラから航空機に加わるトルクは効果的に相殺されます。

二重反転プロペラは通常のプロペラよりも6%から16%効率が高いことが分かっています。^[4]

しかし、非常に騒音が大きく、軸方向（前後）の騒音は最大 30 dB、接線方向には 10 dB 増加します。^[4]この余分な騒音のほとんどは、高周波で発生します。これらの重大な騒音問題により、商用利用が制限されます。1 つの可能性は、二重反転プロペラをシュラウドで覆うことです。^[5]また、先端速度またはブレードの負荷を減らす、後部プロペラのブレード数を前部プロペラよりも少なくする、または直径を小さくする、または後部プロペラと前部プロペラの間隔を広げるなどの対策も有効です。^[6]

二重反転プロペラの効率は、その機械的な複雑さと、このギアリングの追加重量によって航空機が重くなり、そのため、それを運ぶためにいくらかの性能が犠牲になるという点で、いくらか相殺されます。とはいえ、同軸二重反転プロペラとローターは、ツポレフ Tu-95「ベア」など、いくつかの軍用機で使用されています。

旅客機への搭載も検討されている。^[7]

いくつかの国が飛行機に二重反転プロペラを取り付けて実験しましたが、大量に生産したのはイギリスとソビエト連邦だけでした。二重反転プロペラを装備して飛行した最初の飛行機は、テキサス州フォートワースの2人の発明家が飛行機でその概念をテストした米国でした。^[8]

二重反転プロペラは1907年にFWランチェスターによって特許を取得しました。 ^[9]

二重反転プロペラを搭載したイギリスの航空機の中で成功を収めたものとしては、ロールスロイス グリフォンエンジンを搭載したアブロ シャクルトンや、ダブルマンバ Mk.101エンジンを搭載したフェアリー ガネットなどがある。ダブルマンバでは、2 つの独立した動力部がそれぞれ 1 つのプロペラを駆動し、飛行中に 1 つの動力部 (エンジン) を停止できるため、耐久性が向上した。

もう一つの海軍機であるウェストランド ワイバーンには二重反転プロペラが装備されていました。マーティン ベイカー MB 5試験機もこのタイプのプロペラを使用していました。

スーパーマリン スピットファイアとシーファイアの後継機では、二重反転プロペラ付きのグリフォンが使用されました。スピットファイア/シーファイアとシャクルトンの場合、二重反転プロペラを使用する主な理由は、航空機の着陸装置の高さによって制限されるプロペラ直径内で、プロペラのブレード面積を増やし、それによってより大きなエンジン出力を吸収するためでした。ショートスタージョンでは、二重反転プロペラ付きのマーリン 140 が 2 つ使用されました。

ブリストル・ブラバゾンの試作機は、8基のブリストル・ケンタウルスエンジンを搭載し、4対の二重反転プロペラを駆動し、各エンジンは1つのプロペラを駆動していた。^[10]

戦後のSARO プリンセス試作飛行艇旅客機も、10 基のエンジンのうち 8 基が二重反転プロペラを駆動していました。

1950年代、ソ連のクズネツォフ設計局はNK-12ターボプロップ機を開発した。これは8枚羽根の二重反転プロペラを駆動し、15,000軸馬力（11,000キロワット）で、運用中最強のターボプロップ機であった。4基のNK-12エンジンはツポレフTu-95 ベアに搭載されており、運用開始された唯一のターボプロップ爆撃機であり、プロペラ駆動機としては最速の機体の一つである。Tu -95から派生した旅客機Tu-114は、プロペラ機の世界速度記録を保持している。^[11] Tu-95は大陸間飛行距離を持つ最初のソ連の爆撃機でもあった。Tu -126 AEW機とTu-142海上哨戒機は、Tu-95から派生したNK-12搭載機の2機である。

NK-12 エンジンは、もう 1 つの有名なソ連の航空機、重量物輸送機のアントノフ An-22アンテウスにも搭載されています。An-22 は導入当時、世界最大の航空機であり、現在でも圧倒的に世界最大のターボプロップ機です。1960 年代から 1970 年代にかけて、最大積載量対高さ比と最大積載量高度の分野で数々の世界記録を樹立しました。

あまり注目されていないが、ソ連の中型エクラノプランであるA-90オルリョーノクにNK-12エンジンが使用されている。A-90はT字型尾翼の上部に1基のNK-12エンジンを搭載し、機首には2基のターボファンを搭載している。

1980年代、クズネツォフは強力な二重反転エンジンの開発を続けた。1980年代後半にテストされたNK-110は、NK-12と同様に、前方に4枚、後方に4枚のブレードを備えた二重反転プロペラ構成であった。そのプロペラ直径は190インチ（4.7メートル）で、NK-12の直径220〜240インチ（5.6〜6.2メートル）よりも小さかったが、21,007馬力（15,665kW）の出力を生み出し、離陸推力は40,000ポンド力（177キロニュートン）に達した。^[12]さらに強力だったのは、10年間のほとんどを通じて開発されていたNK-62であった。 NK-62はプロペラの直径とブレードの構成はNK-110と同一であったが、離陸推力は55,000 lbf (245 kN)と高かった。関連するNK-62Mは離陸推力64,100 lbf (285.2 kN)で、緊急推力は70,700 lbf (314.7 kN)であった。^[13]しかし、NK-12とは異なり、これらの後期型エンジンはどの航空機設計局にも採用されなかった。

1994 年、アントノフは大型輸送機An-70を生産しました。この機体は、二重反転プロペラを駆動するプログレス D-27 プロップファンエンジン 4 基を搭載しています。D-27 エンジンとプロペラの特性により、この機体はターボファン エンジンとターボプロップ エンジンのハイブリッドであるプロップファンとなっています。

アメリカは、ノースロップ XB-35、XB-42 ミックスマスター、ダグラス XTB2D スカイパイレート、カーチス XBTC、A2J スーパーサベージ、ボーイング XF8B、XP-56 ブラックブレット、フィッシャー P-75 イーグル、尾部に座るコンベア XFY「ポゴ」とロッキード XFV「サーモン」VTOL戦闘機、ヒューズ XF-11偵察機など、いくつかの試作機に取り組んだ。コンベアR3Y トレードウィンド飛行艇は、二重反転プロペラを装備して就役した。しかし、ピストンエンジンとターボプロップエンジンの両方のプロペラ駆動航空機が頂点に達しつつあり、プロペラのない純粋なターボジェットエンジンとターボファンエンジンの登場などの新しい技術開発により、これらの設計はすぐに影を潜めてしまった。

米国のプロペラ製造会社ハミルトン・スタンダードは、 1983年にフェアリー・ガネットを購入し、逆回転がプロペラの騒音とブレードの振動応力に与える影響を研究した。ガネットは独立駆動のプロペラにより逆回転と単回転の比較が可能であったため、特に適していた。^[14]

オーストリアの会社、サンフライトクラフトは、超軽量および超軽量航空機のロータックス503および582エンジンで使用するための二重反転ギアボックスを販売しています。Coax -Pは、ニューラジェットのハンス・ノイドルファーによって開発され、動力付きハンググライダーとパラシュートは、トルクモーメントを減らしながら15〜20％多くの出力を発揮できます。メーカーはまた、Coax-Pギアボックスを使用した二重反転プロペラの騒音レベルが低減したと報告しています。^{[15] [16] [17]}

ブリス・リーヴィット魚雷などの魚雷では、限られた直径内で可能な限り最大の速度を出すため、また、魚雷が自身の縦軸を中心に回転する傾向のあるトルクを打ち消すために、一般的に二重反転プロペラが使用されています。

レクリエーションボート：1982年にボルボ・ペンタはDuoPropというブランドの二重反転ボートプロペラを発表しました。^[18]特許を取得したこの装置はそれ以来販売されています。ボルボ・ペンタの特許が切れた後、マーキュリーも同等の製品であるMerCruiser Bravo 3を製造しました。

商用船舶: 従来の機械配置では、コストと複雑さのため、二重反転プロペラはまれです。

2004年にABBは大出力設備向けの製品を生産しました。前方プロペラは従来のシャフトライン上にあり、後方プロペラはABB Azipodにありました。^[19]

低出力レベルでは、逆回転機械式アジマススラスタが一つの可能​​性であり、その固有のベベルギア構造によりCRPにとって便利である。ロールスロイス社とステアプロップ社は自社製品のCRPバージョンを提供している。^{[20] [21]}

• 二重反転式船舶用プロペラ
• トロイダルプロペラ（「ループプロペラ」）

ウィキメディア・コモンズには、二重反転プロペラに関連するメディアがあります。

• 「2 つのプロペラが互いに反対方向に回転することで、戦闘機の速度がさらに向上」。ポピュラー サイエンス マンスリー。第 139 巻、第 6 号。1941 年 12 月。111 ページ。ISSN  0161-7370。
• 「アブロ シャクルトン」。Aircraft.co.za。2005年11月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• Luftfahrtmuseum.com – フェアリー・ガネット号とシャクルトン号の二重反転装置に関する詳細情報と写真
• カリフォルニア州チノのスティーブ・ヒントンによるスピットファイア PR.XIX のスタートアップ。YouTube。2021年 12 月 22 日のオリジナルよりアーカイブ。
• 二重反転プロペラを使用した航空機の歴史（パート 1） – 航空機エンジン歴史協会
• 二重反転プロペラを使用した航空機の歴史（パート 2） – 航空機エンジン歴史協会
• 二重反転プロペラを使用した航空機の歴史（パート 3） – 航空機エンジン歴史協会
• 二重反転プロペラを使用した航空機の歴史（パート 4） – 航空機エンジン歴史協会