分散推進

航空学において、分散推進とは、推進力とそれに関連する空気の流れが航空機の空力面全体に分散される配置のことである。その目的は、同等の従来の設計よりも航空機の空力、推進力、および/または構造の効率を向上させることである。^[1]

期待される利点としては、燃料効率、排出量、騒音、着陸場の長さ、操縦性の向上などが挙げられます。

分散推進は、翼に沿って部分的にまたは完全に埋め込まれた複数の小型エンジンまたはファンを翼幅方向に分散させることによって実現できます。または、排気ガスを翼の後縁全体に沿ってダクトで導くこともできます。

航空機の分散推進は、推進力の分散性だけでなく、これが航空機の空力特性に与える影響を利用することによっても特徴付けられます。^{[2]推進気流は、航空機の空力面、通常は固定翼の翼幅方向に分散されます。これらの流れは、翼上を流れる他の空気と相互作用し、}空力特性に大きな影響を与える可能性があります。ただし、正式に認められた定義はありません。^{[3] [4]}

分散推進システムには3つの大まかなクラスがある。^[4]

• ジェットフラップなどの分散排気。
• 複数の個別の推進装置（ファン、プロペラ、またはジェット）。個別に駆動することも、少数のエンジンからのリモート駆動によって駆動することもできます。
• クロスフローファンは水平軸ローターの一種です。

推進力の提供に加えて、さまざまな空力機能を提供することを目的として、分散型推進装置が研究されてきました。これには以下が含まれます。^[5]

• 境界層の直接再活性化
• 流れ分離制御
• 電動リフト/循環制御
• 粘性抵抗の低減
• 渦/渦度制御
• 機体制御/ベクトル推力

分散推進が従来の設計よりも利点をもたらす可能性がある分野はいくつかあることがわかっています。^{[2]これらには、燃料効率、騒音低減、}短距離離着陸（STOL）のための急上昇、新しい制御アプローチ（特にロール、ピッチ、ヨーモーメントの制御面の排除）、および高いバイパス比が含まれます。また、小型の推進器は製造コストが安く、組み立てやメンテナンスの際の取り扱いが容易になることも示唆されています。^[3]

複数推進ユニット戦略には、3 つ以上の推進ユニットが含まれます。これらのユニットは、リーダー構成またはフォロワー構成で配置されます。これらは、5 つの強度クラス (A～E) と 3 つの推力対重量比カテゴリ (I～III) に分類されます。これらは、翼、胴体、または機体の内側、上、周囲、または横に配置できます。^{[引用が必要]}

リーダー配置では、推進ユニットを使用して直接推力を発生させます。つまり、分散エンジンです。フォロワー配置では、1 つのエンジンで駆動する複数のファンなどの二次推進ユニットを使用します。最後のケースでは、ファンとエンジン間の動力伝達は、高温ガスのダクト、機械式ギア、または電力線によってリンクされる場合があります。^{[引用が必要]}

分散型電気推進（DEP）は、電気モーターで駆動される複数の小型ファンまたはプロペラで構成されています。通常、各スラスタは、比較的小型で軽量な独自の電気モーターによって直接駆動されます。電力は、任意の適切な電源から供給できます。^[6]

軽量で高アスペクト比の太陽光発電飛行機における分散推進の利点は、 1983年に開始されたAeroVironment HALSOL/Pathfinder / Heliosプロジェクトや、2012年頃から飛行しているミシガン大学X-HALEに例証されています。 ^[7]翼幅に沿って電動モーターを分散配置することで、飛行中の機体のたわみを制御でき、従来の剛性構造よりもはるかに軽量な構造を実現しました。^[4]

重い推進ユニットを翼に沿って配置すると、翼構造を軽量化できます。しかし、その重量と推力は、さまざまな荷重下で翼が曲がる自然な傾向（空力弾性）と相互作用する可能性があります。これは問題を引き起こす可能性があり、たとえば、NASAヘリオス研究機の墜落の主な原因でした。検討された解決策の1つは、飛行中の翼の曲がりを修正または利用するためにアクティブ空力弾性制御を使用することです。^[8]

第一次世界大戦直前にシコルスキー イリヤー ムーロメツが導入されて以来、多発エンジンの装備は航空機の特徴となってきました。しかし、そのほとんどは翼上の気流を大幅に変更するものではなく、必ずしも分散推進として扱われるわけではありません。

1963年にハンティングH.126研究機がジェットフラップの直接推進利用を研究するために製造され、一方、 2003年の新明和US-2飛行艇は短距離離着陸（STOL）性能を向上させるためにブローフラップを使用し、その後量産に入った。^[4]

FanWingは1997年に揚力と推進力を組み合わせたシステムとしてクロスフローファンの開発を開始し、その後数年間でいくつかのモデルと研究用ドローンを飛行させました。その後の米国での研究では、境界層制御とジェットフラップ推進の主な駆動力として、翼の上部後縁に組み込んだクロスフローファンの使用に重点が置かれました。^[3]

最近では、いくつかの無人航空機（UAV）プロジェクトが、騒音低減、燃料効率、短距離飛行性能を実現する分散推進の可能性を探っています。2022年現在、有人XプレーンであるX-57マクスウェルがNASAで開発中であり、軽飛行機であるリリウムジェットのプロトタイプがドイツでいくつか飛行しています。

• Aurora XV-24 LightningStrike : 分散型電動ファン。研究用 UAV。2016 年に飛行。
• ボール・バートー ジェットウィング: ジェットフラップ。有人研究用航空機。1977 年から飛行。
• English Electric P.10 : 分散ラムジェットを備えた主翼にターボジェットを装備。1950 年代のコンセプト。
• FanWing : クロスフローファン。研究用 UAV シリーズ。
• ハンティング H.126 : ジェットフラップ。有人研究機。1963 年から飛行。
• Lilium Jet : 分散型電動ファン。無人プロトタイプシリーズ。
• NASA X-57 マクスウェル(セプター): 分散型電動ファン。有人研究用航空機。開発中止。
• Electra EL-2 Goldfinch : 分散型電動ファン。有人デモンストレーター。開発中。

• 航空記事の索引

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