ガスタービン

ガスタービン、ガスタービンエンジン、または古い名前である内燃タービンは、連続フロー 内燃エンジンの一種です。^[1]すべてのガスタービンエンジンに共通する主要部品は、発電部分（ガスジェネレータまたはコアと呼ばれる）を形成し、流れの方向に次のようになります。

• 回転ガス圧縮機
• 燃焼器
• コンプレッサー駆動タービン。

ガス発生器には、用途に合わせて追加のコンポーネントを追加する必要があります。共通なのは空気取り入れ口ですが、海洋での使用、陸上での使用、または静止から超音速までのさまざまな速度での飛行の要件に合わせて構成が異なります。飛行用の推力を生成するために推進ノズルが追加されます。亜音速飛行速度での燃料消費量を削減するため (推進効率を高めることによって)、プロペラ (ターボプロップ) またはダクテッドファン(ターボファン) を駆動するための追加のタービンが追加されます。ヘリコプターのローターまたは陸上車両のトランスミッション (ターボシャフト)、船舶用プロペラ、または発電機 (パワータービン)を駆動するためにも追加のタービンが必要です。飛​​行用の推力対重量比を高めるには、アフターバーナーを追加します。

ガスタービンの基本的な動作は、空気を作動流体とするブレイトンサイクルです。大気中の空気がコンプレッサーを通過して圧力が高まり、次に燃料を空気中に噴霧して点火することでエネルギーが追加され、燃焼により高温の流れが発生します。この高温の加圧ガスがタービンに入り、その過程で軸仕事出力が生成され、コンプレッサーを駆動するために使用されます。未使用のエネルギーは排気ガス中に放出され、ターボジェットエンジンで直接推力を発生させたり、ファン、プロペラ、または発電機に接続できる2つ目の独立したタービン（パワータービンと呼ばれる）を回転させたりするなど、外部の仕事に再利用できます。ガスタービンの目的によって、推力と軸仕事の間で最も望ましいエネルギー分割が達成されるように設計が決まります。ガスタービンは同じ空気を再利用しない オープンシステムであるため、ブレイトンサイクルの4番目のステップ（作動流体の冷却）は省略されます。

ガスタービンは、航空機、列車、船舶、発電機、ポンプ、ガス圧縮機、タンクなどの動力源として使用されます。^[2]

• 50:ヘロンのエンジン（アイオロスの球）に関する最古の記録。おそらく実用的な目的はなく、むしろ好奇心の対象だったと思われるが、現代のすべてのタービンエンジンが依存する重要な物理学の原理を実証した。^[3]
• 1000年: 走馬灯 (中国語:走馬灯、zŏumădēng ) は、北宋の時代から中国で提灯祭りで使われていた。この灯火が点灯すると、熱せられた気流が上昇し、馬に乗った人物像が取り付けられた羽根車を回転させ、その影が提灯の外側のスクリーンに映し出される。^[4]
• 1500 年:スモーク ジャックはレオナルド ダ ヴィンチによって描かれました。火からの熱風は暖炉の排気ダクトに取り付けられた単段軸流タービン ローターを通って上昇し、ギア チェーン接続によってロースト スピットを回転させます。
• 1791年: イギリス人のジョン・バーバーが最初の真のガスタービンの特許を取得。彼の発明には現代のガスタービンのほとんどの要素が含まれていた。タービンは馬なしの馬車を動かすために設計された。^{[5] [6]}
• 1894年:チャールズ・パーソンズ卿が蒸気タービンで船を推進するというアイデアの特許を取得し、当時としては圧倒的に最速の船であった実証船「タービニア」を建造した。
• 1899年：チャールズ・ゴードン・カーティスが米国初のガスタービンエンジンの特許を取得。^[7]
• 1900年：サンフォード・アレクサンダー・モスがガスタービンに関する論文を提出。1903年、モスはマサチューセッツ州リンにあるゼネラル・エレクトリック社の蒸気タービン部門のエンジニアになった。^{[8]在職中、彼は}ターボチャージャーの開発に自分のコンセプトのいくつかを適用した。^[8]
• 1903年: ノルウェーのエギディウス・エリングが、部品を動かすのに必要な電力以上の電力を生産できる最初のガスタービンを製作しました。これは、空気力学に関する知識が限られていた時代には偉業と考えられていました。ロータリー式コンプレッサーとタービンを使用して、8kW (11馬力) を生産しました。^[9]
• 1904年: フランツ・シュトルツェが1873年に出願した特許に基づいて設計したガスタービンエンジンがベルリンで製造され、テストされた。シュトルツェのガスタービンは効率が悪すぎて、単独では動作を維持できなかった。^[3]
• 1906年:アルマンゴー・ルメールガスタービンがフランスで試験された。これはオーギュスト・ラトーが設計しブラウン・ボベリ社が製造した25段の遠心圧縮機を備えた比較的大型の機械であった。ガスタービンは独自の空気圧縮を維持できたが、有効な仕事を生み出すには効率が悪すぎた。^[3]
• 1910年:ホルツヴァルトガスタービン（パルス燃焼）が初めて稼働し、150kW（200馬力）の出力を達成。計画出力は750kW（1,000馬力）で、効率は8%と当時の往復エンジンを下回っていた。^[10]
• 1920年代、ガス通路を通るガス流の実用的な理論は、AAグリフィスによって翼を過ぎるガス流のより正式な（そしてタービンに適用可能な）理論に発展し、1926年に「タービン設計の空気力学的理論」が出版されました。プロペラを駆動するのに適した軸流タービンの実用的なテストベッド設計は、王立航空局によって開発されました。^[11]
• 1930年:フランク・ホイットルは、イギリス空軍から彼のアイデアに興味を示されなかったため、ジェット推進用の遠心ガスタービンの設計の特許を取得しました^[12]。彼のエンジンの最初の成功したテスト運転は、1937年4月にイギリスで行われました。^[13]
• 1932年:スイスのブラウン・ボベリ社が、ターボチャージャー付き蒸気発生ボイラー「ベロックス」の一部として軸流圧縮機とタービンターボセットの販売を開始。ガスタービンの原理に従い、蒸気蒸発管はガスタービン燃焼室内に配置され、最初のベロックス工場はカルヴァドス県モンドヴィルのフランス製鉄所に建設された。^[14]
• 1936年：ブラウン・ボベリ社が最初の定流量産業用ガスタービンを発注し、米国ペンシルベニア州のサン・オイルのマーカス・フック製油所で稼働を開始。^[15]
• 1937年: 概念実証プロトタイプのターボジェットエンジンが英国（フランク・ホイットル）とドイツ（ハンス・フォン・オハインのハインケルHeS1）で稼働。ヘンリー・ティザードはパワージェットエンジンのさらなる開発のために英国政府からの資金を確保。^[16]
• 1939年：スイスのヌーシャテルにある非常用発電所向けに、ブラウン・ボベリ社が初の4MW発電用ガスタービンを製造。^[17]ターボジェットエンジンを搭載した世界初のジェット機、ハインケルHe178が初飛行。
• 1940年:ターボプロップエンジンのジェンドラシクCs-1が最初のベンチランを実施。Cs-1はハンガリーのエンジニア、ジェルジ・ジェンドラシクによって設計され、ハンガリーの双発重戦闘機RMI-1に搭載されることが想定されていた。Cs-1の開発は1941年に中止されたが、この機種はどの航空機にも搭載されなかった。^[18]
• 1944年:ユンカース Jumo 004エンジンが本格的に生産され、メッサーシュミット Me 262などのドイツ初の軍用ジェット機に搭載されました。これが、ガスタービンが空を席巻した始まりでした。
• 1946年：ホイットルとヘイン・コンスタントの成果を統合するため、パワージェッツとRAEタービン部門から国立ガスタービン研究所が設立された。 ^{[19]スイスの}ベツナウで、27MWを発電する最初の商用再加熱/再生ユニットが稼働を開始した。^[20]
• 1947年:メトロポリタン・ヴィッカースG1 (ガトリック) がイギリス海軍のMGB 2009船で海上試験を完了し、初の船舶用ガスタービンとなった。ガトリックはメトロポリタン・ヴィッカースF2ジェットエンジンをベースにした航空転用型ガスタービンであった。^{[21] [22]}
• 1995年：シーメンスは、単結晶 タービンブレード技術を生産モデルに取り入れた初の大型発電ガスタービンメーカーとなり、より高い動作温度と高い効率を実現しました。 ^[23]
• 2011年三菱重工業は、兵庫県高砂市の工場で、効率60%を超える初の複合サイクルガスタービン（M501J）の試験を行った。 ^{[24] [25]}

理想ガスタービンでは、ガスは等エントロピー圧縮、等圧（定圧）燃焼、等エントロピー膨張、等圧熱放出という4つの熱力学的過程を経る。これらが組み合わさってブレイトンサイクル（ 「定圧サイクル」とも呼ばれる）を構成する。^[26]オットーサイクルとの違いは、すべてのプロセス（圧縮、点火燃焼、排気）が同時に連続的に発生することである。^[26]

実際のガスタービンでは、ガスが圧縮される（遠心圧縮機または軸流圧縮機のいずれか）と、機械的エネルギーが圧力と熱エネルギーに不可逆的に（内部摩擦と乱流により）変換されます。燃焼室に熱が加わり、ガスの比容積が増加し、圧力がわずかに低下します。タービンのステータとローターの通路を通る膨張中に、不可逆的なエネルギー変換が再び発生します。熱が排除される代わりに、新鮮な空気が取り込まれます。

空気は、軸流式または遠心式、もしくはその両方の組み合わせのガス発生器と呼ばれるコンプレッサーによって取り込まれます。[26] この空気は、環状、缶型、または缶環状設計の燃焼器セクションに送られ^ます。 [ 26 ]燃焼器セクションで^は、コンプレッサーからの空気の約 70% が冷却目的で燃焼器自体の周囲に送られます。^[26]残りの約 30% の空気は燃料と混合され、すでに燃焼している空気と燃料の混合物によって点火され、次に膨張してタービン全体に電力を生成します。^{[26]この混合物の膨張は燃焼器セクションを離れ、}タービンセクション全体で速度が上昇してタービンブレードに衝突し、ブレードが取り付けられているディスクを回転させ、有用な電力を生成します。生成された電力の 60～70% は、ガス発生器に電力を供給するためにのみ使用されます。^[26]残りの電力は、エンジンの用途、典型的には航空用途、ターボジェットの推力、ターボファンのファン、ターボシャフトのローターまたは付属品、ターボプロップのギア減速機およびプロペラの駆動に使用されます。^{[27] [26]}

エンジンに産業用発電機やヘリコプターのローターを駆動するためのパワータービンが追加されている場合、出口圧力は入口圧力に可能な限り近くなり、排気ダクトの圧力損失を克服して排気を排出するのに十分なエネルギーのみが残ります。ターボプロップエンジンの場合、プロペラのパワーとジェット推力の間には特定のバランスがあり、最も経済的な動作が得られます。ターボジェット エンジンでは、コンプレッサーやその他のコンポーネントを駆動するのに十分な圧力とエネルギーのみが流れから抽出されます。残りの高圧ガスはノズルを通して加速され、航空機を推進するジェットを提供します。

エンジンが小型になればなるほど、必要なブレード先端速度を得るためにはシャフトの回転速度を高くする必要があります。ブレード先端速度は、タービンとコンプレッサーで得られる最大圧力比を決定します。これにより、エンジンで得られる最大出力と効率が制限されます。先端速度を一定に保つには、ローターの直径が半分になると、回転速度を2倍にする必要があります。たとえば、大型ジェットエンジンは10,000～25,000 rpmで動作しますが、マイクロタービンは500,000 rpmという高速で回転します。^[28]

機械的には、ガスタービンはレシプロエンジンよりもかなり単純です。シンプルなタービンには、コンプレッサー/シャフト/タービンローターアセンブリという1つの主要な可動部品と、燃料システム内の他の可動部品があります。これは、価格に反映されます。たとえば、材料費が10,000  ℛℳのJumo 004は、 35,000 ℛℳのJunkers 213ピストンエンジン よりも安価であることがわかりました。 ^[29]また、完成までに低スキルの労働時間（製造、組み立て、出荷を含む）を375時間しか必要としませんでした。これに対し、 BMW 801では1,400時間でした。^[30]しかし、これは効率と信頼性の低下にもつながりました。より高度なガスタービン (現代のジェット エンジンや複合サイクル発電所に見られるようなもの) には、2 本または 3 本のシャフト (スプール)、数百のコンプレッサーとタービン ブレード、可動ステーター ブレード、および燃料、オイル、空気システム用の広範囲の外部チューブが備わっている場合があります。また、耐熱合金を使​​用し、精密な製造を必要とする厳しい仕様で製造されています。これらすべての理由により、単純なガスタービンの構造はピストン エンジンよりも複雑になることがよくあります。

さらに、現代のガスタービン発電所で最適な性能を達成するには、ガスを正確な燃料仕様に合わせて準備する必要があります。燃料ガス調整システムは、タービンに入る前に、圧力、温度、ガス組成、および関連するウォッベ指数に関して、天然ガスを正確な燃料仕様に合わせて処理します。

ガスタービンエンジンの主な利点は、その出力対重量比です。^[要出典] 比較的軽量なエンジンで大きな有用な仕事を生成できるため、ガスタービンは航空機の推進に最適です。

スラストベアリングとジャーナルベアリングは設計の重要な部分です。これらは流体力学的オイルベアリングまたはオイル冷却転がり軸受です。フォイルベアリングはマイクロタービンなどの小型機械に使用されており^{[31] 、小型ガスタービン/}補助動力装置にも使用される可能性が高いです^[32]。

タービン設計、特にタービンブレードが直面する大きな課題は、運転中に受ける高温と応力によって引き起こされるクリープの低減です。効率を上げるために運転温度の上昇が常に求められていますが、それにはクリープ率の上昇が伴います。そのため、クリープを抑制しながら最適な性能を達成するためのさまざまな方法が採用されており、最も成功しているのは高性能コーティングと単結晶超合金です。^[33]これらの技術は、転位すべり、転位上昇、拡散流に大別できるメカニズムによって生じる変形を制限することで機能します。

保護コーティングは、ブレードの断熱性を高め、酸化および腐食に対する耐性を提供します。熱バリアコーティング（TBC）は安定化ジルコニウム二酸化物ベースのセラミックであることが多く、酸化/腐食耐性コーティング（ボンドコート）は一般にアルミナイドまたはMCrAlY（Mは通常Feおよび/またはCr）合金で構成されています。TBCを使用すると、超合金基材の温度暴露が制限されるため、合金内の活性種（通常は空孔）の拡散率が低下し、転位および空孔クリープが軽減されます。1～200 μmのコーティングで、ブレードの温度を最大200 °C（392 °F）下げることができることがわかっています。^[34] ボンドコートは、パック炭化法を使用して基材の表面に直接塗布され、TBCの密着性の向上と基材の耐酸化性の向上という2つの目的を果たします。ボンドコートからのAlはTBCとボンドコートの界面にAl ₂ O ₃を形成し、耐酸化性を提供しますが、同時に、それ自体と基材の間に望ましくない相互拡散（ID）ゾーンの形成をもたらします。^[35]耐酸化性はIDゾーンに関連する欠点を上回り、ブレードの寿命を延ばし、ブレードの外側への蓄積によって引き起こされる効率損失を制限します。^[36]

ニッケル基超合金は、その組成と結果として生じる微細構造により、強度とクリープ耐性が向上しています。ガンマ (γ) FCC ニッケルは、一貫性のあるNi ₃ (Al,Ti)ガンマプライム (γ') 相を均一に分散させるために、アルミニウムおよびチタンと合金化されています。細かく分散した γ' 析出物は転位の動きを妨げ、閾値応力を導入して、クリープの開始に必要な応力を増加させます。さらに、γ' は秩序だった L1 ₂相であるため、転位がそれを通り過ぎるのが困難になります。^[37]さらに、レニウムやルテニウムなどの耐火元素を固溶体に追加して、クリープ強度を向上させることができます。これらの元素を添加すると、ガンマプライム相の拡散が減少し、疲労耐性、強度、およびクリープ耐性が維持されます。^[38]単結晶超合金の開発により、クリープ耐性も大幅に向上しました。単結晶は粒界がないため、コーブルクリープがなくなり、結果として変形モードが少なくなり、クリープ速度が低下します。^[39]単結晶は高温でのクリープは低くなりますが、ホールペッチの関係で強度が決まる室温では降伏応力が大幅に低くなります。低温降伏強度を低下させずに高温クリープを制限するように設計パラメータを最適化するには注意が必要です。

エアブリージングジェットエンジンは、排気ガス、またはガスタービンに接続されたダクテッドファンから推力を生成するように最適化されたガスタービンです。 ^[40]排気ガスの直接的な衝撃から推力を生成するジェットエンジンは、しばしばターボジェットと呼ばれます。多くの軍隊や民間事業者によって現在も使用されていますが、ターボジェットは、その低い燃料効率と高い騒音のため、ターボファンエンジンに取って代わられ、ほとんどが段階的に廃止されました。 ^[26]ダクテッドファンを追加して推力を生成するものは、ターボファンまたは（まれに）ファンジェットと呼ばれます。これらのエンジンは、エンジンの前面から見ることができるダクテッドファンによって、推力のほぼ80％を生成します。低バイパスターボファンと高バイパスの2種類があり、違いは「バイパス空気」と呼ばれるファンによって動かされる空気の量です。これらのエンジンは余分な燃料を消費することなく、より大きな推力を発揮するという利点がある。^{[26] [27]}

ガスタービンは多くの液体燃料ロケットにも使用されており、ガスタービンはターボポンプに動力を供給するために使用され、軽量の低圧タンクの使用を可能にし、ロケットの空重量を軽減します。

ターボプロップエンジンは、タービンセクションの高い動作速度（多くの場合、数万）を、効率的なプロペラ動作に必要な低い数千に変換する減速ギアを使用して航空機のプロペラを駆動するタービンエンジンです。ターボプロップエンジンを使用する利点は、タービンエンジンの高い出力対重量比を使用してプロペラを駆動するため、より強力で小型のエンジンを使用できることです。^[27]ターボプロップエンジンは、ピラタスPC-12などのビジネス航空機、ビーチクラフト1900などの通勤航空機、セスナ208キャラバンやデハビランドカナダダッシュ8などの小型貨物航空機、エアバスA400M輸​​送機、ロッキードAC-130、60年前のツポレフTu -95戦略爆撃機などの大型航空機（通常は軍用）に広く使用されています。軍用ターボプロップエンジンは多種多様ですが、民間市場では主に2つのエンジンが使用されています。プラット・アンド・ホイットニー・カナダ PT6（フリータービンターボシャフトエンジン）とハネウェル TPE331（固定タービンエンジン、旧称ギャレット AiResearch 331）です。

航空転用型ガスタービンは、一般的に既存の航空機用ガスタービンエンジンをベースにしており、産業用ガスタービンよりも小型で軽量です。^[41]

航空転用型は、産業用機械よりも迅速に停止して負荷の変化に対応できるため、発電に使用されています。^[42]また、船舶業界では重量を軽減するために使用されています。一般的なタイプには、ゼネラルエレクトリックLM2500、ゼネラルエレクトリックLM6000 、およびプラットアンドホイットニーPW4000、プラットアンドホイットニーFT4、ロールスロイスRB211の航空転用型があります。^[41]

アマチュアによって使用される、あるいは構築されるガスタービンの数が増えています。

最も単純な形態では、これらは軍の余剰品やスクラップヤードの販売を通じて入手された商用タービンであり、エンジン収集という趣味の一環として展示用に稼働させられている。^{[43] [44]}最も極端な形態では、アマチュアが専門家の修理が不可能なエンジンを再構築し、それを使用して陸上速度記録を競うこともある。

最も単純な形の自作ガスタービンは、自動車のターボチャージャーをコア部品として採用している。燃焼室はコンプレッサーとタービンセクションの間に作られ、配管される。^[45]

より洗練されたターボジェットも製造されており、その推力と軽量さは大型の模型飛行機を動かすのに十分である。^[46]シュレックリングの設計^{[46]は、合板、エポキシ、巻かれた炭素繊維ストランドから}遠心圧縮機ホイールを製造することを含め、エンジン全体を原材料から構築している。

現在、いくつかの小さな会社がアマチュア向けに小型タービンや部品を製造している。ターボジェットエンジンを搭載した模型飛行機のほとんどは、シュレックリングのような自作ではなく、これらの商用または半商用のマイクロタービンを使用している。^[47]

小型ガスタービンは、航空機などの大型の移動機械に補助動力を供給する補助動力装置（APU）として使用され、ターボシャフト設計となっています。^[26]ガスタービンの供給電力は以下の通りです。

• エアサイクルマシン式空調および換気用の圧縮空気、
• 大型ジェットエンジンの圧縮空気始動電力、
• シャフト付きアクセサリを駆動するためのギアボックスへの機械的（シャフト）動力、および
• APU から離れた消費デバイスへの電気、油圧、およびその他の電力伝送源。

産業用ガスタービンは、フレーム、ベアリング、ブレードが航空機の設計よりも頑丈に作られている点で異なります。また、電力を供給する装置（多くの場合は発電機）や、残留エネルギー（主に熱）を回収するために使用される二次エネルギー装置と、はるかに密接に統合されています。

それらのサイズは、ポータブルな移動式プラントから、専用の建物に収容された 100 トンを超える重量の大型で複雑なシステムまでさまざまです。ガスタービンを軸動力のみに使用する場合、その熱効率は約 30% です。ただし、電気を購入する方が発電するよりも安くなる場合があります。そのため、多くのエンジンは、ポータブルコンテナ構成に統合できるほど小型の CHP (熱電併給) 構成で使用されます。

ガスタービンは、タービンからの廃熱を熱回収ボイラ（HRSG）で回収し、複合サイクル構成の従来の蒸気タービンに動力を供給すると、特に効率的になります。^[48] 605MWのゼネラルエレクトリック9HAは、1,540°C（2,800°F）の高温で62.22％の効率を達成しました。^{[49] 2018年、GEは、}積層造形と燃焼のブレークスルー の進歩により、複合サイクルで64％を超える効率の826MW HAを提供しています。これは、2017年の注文の63.7％から上昇しており、2020年代初頭までに65％を達成する予定です。^[50] 2018年3月、GEパワーは7HAタービンで63.08％の総効率を達成しました。^[51]

航空転用型ガスタービンは複合サイクルでも使用でき、効率が高まりますが、特別に設計された産業用ガスタービンほど高くはありません。また、コジェネレーション構成で稼働させることもできます。排気は空間または水の加熱に使用したり、吸収式冷凍機を駆動して吸気を冷却し、出力を上げたりします。この技術はタービン吸気冷却と呼ばれます。

もうひとつの大きな利点は、数分以内に電源のオン/オフを切り替えることができるため、ピーク時や予定外の需要時に電力を供給できることです。シングルサイクル（ガスタービンのみ）発電所はコンバインドサイクル発電所よりも効率が低いため、通常はピーク時発電所として使用され、電力需要と地域の発電能力に応じて、1日数時間から年間数十時間稼働します。ベースロードおよび負荷追従発電所の容量が不足している地域、または燃料費が低い地域では、ガスタービン発電所が1日のほとんどの時間定期的に稼働する場合があります。大型のシングルサイクルガスタービンは通常、100～400メガワットの電力を生産し、熱力学的効率は35～40％です。^[52]

機械駆動のみに使用されるか、回収蒸気発生器と連携して使用される産業用ガスタービンは、小型で、単軸ではなく二軸設計であることが多いという点で発電装置とは異なります。出力範囲は 1 メガワットから 50 メガワットまでです。^[要出典]これらのエンジンは、直接またはギアボックスを介してポンプまたはコンプレッサー アセンブリに接続されます。設置の大部分は石油およびガス業界で使用されています。機械駆動アプリケーションにより、効率が約 2% 向上します。

石油およびガスのプラットフォームでは、コンプレッサーを駆動して油井にガスを注入し、別の穴から石油を押し上げたり、輸送のためにガスを圧縮したりするために、これらのエンジンが必要です。また、プラットフォームに電力を供給するためにもよく使用されます。これらのプラットフォームでは、ガスを非常に低コストで入手できるため (多くの場合、燃焼ガスは不要)、CHP システムと連携してエンジンを使用する必要はありません。同じ会社が、さまざまな間隔で陸上やパイプラインを介して流体を駆動するためにポンプ セットを使用しています。

最近の技術開発の 1 つは、圧縮空気貯蔵庫を使用してコンプレッサーとタービンを分離することで、別の方法で効率を改善しようとしています。従来のタービンでは、生成された電力の最大半分がコンプレッサーの駆動に使用されます。圧縮空気エネルギー貯蔵構成では、電力はコンプレッサーの駆動に使用され、必要に応じて圧縮空気が放出されてタービンが作動します。

ターボシャフトエンジンは、ガス ポンプ ステーションや天然ガス液化プラントのコンプレッサーを駆動するために使用されます。また、航空業界では、小型のヘリコプターを除くすべての最新式ヘリコプターの動力源として使用され、大型の民間航空機の補助動力装置としても機能します。プライマリ シャフトにはコンプレッサーとそのタービンが搭載されており、燃焼器とともにガス ジェネレーターと呼ばれます。ヘリコプターのローターを駆動するには、通常、別個に回転するパワー タービンが使用されます。ガス ジェネレーターとパワー タービン/ローターがそれぞれ独自の速度で回転できるようにすることで、設計の柔軟性が高まります。

小型ガスタービンまたはマイクロジェットとも呼ばれます。

これを念頭に置いて、現代のマイクロジェットの先駆者であるクルト・シュレックリングは、世界初のマイクロタービンの一つであるFD3/67を製作しました。^{[46]このエンジンは最大22}ニュートンの推力を生み出すことができ、金属旋盤などの基本的なエンジニアリングツールがあれば、機械に詳しい人なら誰でも作ることができます。^[46]

ピストンエンジンのターボチャージャー、航空機のAPU、または小型ジェットエンジンから進化したマイクロタービンは、冷蔵庫ほどの大きさの25〜500キロワットのタービンです。マイクロタービンの効率は、再生装置なしで約15％、再生装置ありで20〜30％で、コジェネレーションでは熱電併給効率が85％に達します。^[53]

ほとんどのガスタービンは内燃エンジンですが、実質的には熱風エンジンのタービンバージョンである外燃ガスタービンを製造することもできます。これらのシステムは通常、EFGT (外部燃焼ガスタービン) または IFGT (間接燃焼ガスタービン) として示されます。

外部燃焼は、燃料として粉砕した石炭または細かく粉砕したバイオマス（おがくずなど）を使用する目的で使用されています。間接システムでは、熱交換器が使用され、燃焼生成物のないクリーンな空気のみがパワータービンを通過します。間接タイプの外部燃焼では熱効率は低くなりますが、タービンブレードが燃焼生成物にさらされないため、はるかに低品質の（したがって安価な）燃料を使用できます。

外部燃焼を使用する場合、タービンからの排気を一次燃焼空気として使用することができます。これにより、全体的な熱損失が効果的に削減されますが、燃焼排気に関連する熱損失は依然として避けられません。

ヘリウムまたは超臨界二酸化炭素をベースにした閉サイクルガスタービンも、将来の高温太陽光発電や原子力発電での使用が期待されています。

ガスタービンは、船舶、機関車、ヘリコプター、戦車などによく使用され、また、自動車、バス、オートバイにも使用される頻度は少ないです。

ジェットエンジンとターボプロップエンジンが飛行機の推進力として持つ主な利点は、ピストンエンジン、特に自然吸気エンジンに比べて高高度で優れた性能を発揮することですが、これはほとんどの自動車用途には無関係です。パワー対重量比の利点は、航空機ほど重要ではありませんが、それでも重要です。

ガスタービンは、非常に小型で軽量なパッケージで高出力エンジンを提供します。ただし、車両用途で必要な幅広い回転数と出力に対して、小型ピストン エンジンほど応答性や効率性が高くありません。直列ハイブリッド車では、駆動用電気モーターが発電エンジンから機械的に切り離されているため、応答性、低速時の性能低下、低出力時の効率低下の問題はそれほど重要ではありません。タービンは、その出力に最適な速度で稼働でき、バッテリーとウルトラキャパシターは必要に応じて電力を供給し、エンジンをオン/オフして高効率でのみ稼働させることができます。無段変速機の出現によっても、応答性の問題が軽減される可能性があります。

タービンは歴史的にピストンエンジンよりも生産コストが高かったが、これはピストンエンジンが数十年にわたって大量に生産されてきたのに対し、小型ガスタービンエンジンは希少であるためでもある。ただし、タービンはターボチャージャーと密接に関連した形で大量生産されている。

ターボチャージャーは、基本的にコンパクトでシンプルなフリーシャフトラジアルガスタービンで、ピストンエンジンの排気ガスで駆動します。求心タービンホイールは、共通の回転シャフトを介して遠心コンプレッサーホイールを駆動します。このホイールは、ウェイストゲートまたはタービンハウジングの形状を動的に変更することで制御できる程度まで、エンジンの吸気を過給します (可変ジオメトリターボチャージャーの場合など)。これは主に、無駄になる大量の熱エネルギーと運動エネルギーをエンジンブーストに変換する電力回収装置として機能します。

ターボ複合エンジン（一部のセミトレーラートラックに実際に採用されている）には、タービンシャフトが遠心コンプレッサーではなくエンジンのクランクシャフトに機械的または油圧式に接続されていることを除いて、設計と外観がターボチャージャーに似ているブローダウンタービンが取り付けられているため、ブーストではなく追加のパワーを提供します。ターボチャージャーは圧力タービンですが、パワー回収タービンは速度タービンです。^[要出典]

ガスタービン駆動の自動車を使った実験は数多く行われており、クライスラーが最大規模で行った。^{[54] [55]}最近では、ハイブリッド電気自動車にタービンエンジンを使用することに関心が集まっている。例えば、マイクロガスタービン会社であるブレイドン・ジェッツが率いるコンソーシアムは、次世代電気自動車用の超軽量レンジエクステンダー（ULRE）を開発するために、技術戦略委員会から投資を確保した。高級車メーカーのジャガー・ランドローバーや大手電気機械メーカーのSRドライブズを含むこのコンソーシアムの目的は、自動車用途に特化して設計された、世界初の商業的に実現可能で環境に優しいガスタービン発電機を生産することである。^[56]

ガソリンエンジンやディーゼルエンジンによく使われるターボチャージャーもタービンの派生品です。

ガスタービンを自動車に使うという最初の本格的な研究は1946年にニューヨークのエンジニアリング会社カーニー・アソシエイツの2人のエンジニア、ロバート・カフカとロバート・エンガースタインが、ユニークな小型タービンエンジン設計で後輪駆動車に動力を供給するというコンセプトを思いついたときだった。ポピュラーサイエンス誌に記事が掲載された後、論文段階を超えてそれ以上の研究は行われなかった。^[57]

初期のコンセプト（1950年代/60年代）

1950年、イギリスの自動車メーカー、ローバーの設計者F.R.ベルと主任技術者モーリス・ウィルクスが、ガスタービンエンジンを搭載した最初の車を発表しました。2人乗りのJET1は、エンジンが座席の後ろにあり、空気取り入れ口が車体の両側にあり、排気口が尾部の上部にありました。テストでは、タービン回転数50,000rpmで、最高速度140 km/h (87 mph)に達しました。1950年にイギリスとアメリカで公開された後、JET1はさらに開発され、1952年6月にベルギーのヤベケ高速道路で速度試験が行われ、240 km/h (150 mph)を超えました。^[58]この車はガソリン、パラフィン（灯油） 、またはディーゼル油で走りましたが、量産車では燃費の問題が克服できないことが判明しました。JET1はロンドン科学博物館に展示されています。

フランスのタービンエンジン車、SOCEMA-Grégoireは、1952年10月のパリモーターショーで展示されました。この車はフランスのエンジニア、ジャン=アルベール・グレゴワールによって設計されました。^[59]

米国で最初に製造されたタービン駆動車は、 1953年に評価が始まったGMのファイヤーバードIでした。ファイヤーバードIの写真を見ると、ジェットタービンの推力が航空機のように車を推進しているように見えますが、タービンは実際には後輪を駆動していました。ファイヤーバードIは、商用乗用車として設計されたことはなく、テストと評価、および広報目的のためだけに製造されました。^{[60]ガスタービンを搭載した追加のファイヤーバードコンセプトカーは、1953年、1956年、1959年の}モトラマ自動車ショー向けに開発されました。GMリサーチのガスタービンエンジンは、1953年のターボクルーザーIを皮切りに、一連の路線バスにも搭載されました。 ^[61]

アメリカの自動車メーカー、クライスラーは、1954年に改造されたプリムスを皮切りに、^[62] 1950年代初頭から1980年代初頭にかけて、いくつかの試作ガスタービン自動車を披露した。クライスラーは1963年に50台のクライスラータービン車を製造し、ガスタービン自動車の唯一の消費者向け試験を実施した。^[63]それぞれのタービンには、効率を高める再生器と呼ばれる独自の回転式回収熱交換器が採用されていた。^[62]

1954年、フィアットはタービンエンジンを搭載したコンセプトカー「フィアット・タービナ」を発表した。この車は車輪の付いた航空機のように見え、ジェット推進力と車輪を駆動するエンジンのユニークな組み合わせを採用していた。最高速度は時速282km（175マイル）と主張された。^[64]

1960年代には、フォードとGMもガスタービンセミトラックを開発していた。フォードは1964年の世界博覧会でビッグレッドを展示した。^[65] トレーラーを含めた全長29メートル（96フィート）、全高4.0メートル（13フィート）で、深紅色に塗装されていた。フォードが開発したガスタービンエンジンを搭載し、出力は450kW（600馬力）、トルクは1,160Nm（855ポンドフィート）だった。キャブにはアメリカ本土の高速道路地図、ミニキッチン、バスルーム、助手席用のテレビが備わっていた。このトラックの運命は数十年にわたって不明だったが、2021年初頭に走行可能な状態に修復された状態で個人の手で再発見された。^{[66] [67]} GMのシボレー部門は、ファイアバードのコンセプトカーに倣ってタービンモーターを搭載したコンセプトトラックのターボタイタンシリーズを製作した。ターボタイタンI（  1959年頃、ファイアバードIIと同じGT-304エンジン）、ターボタイタンII（ 1962年頃、ファイアバードIIIと同じGT-305エンジン）、ターボタイタンIII（1965年、GT-309エンジン）などがあり、さらにGMバイソンガスタービントラックが1964年の世界博覧会で展示された。^[68]

排出量と燃費（1970年代/80年代）

1970年の米国大気浄化法改正により、自動車用ガスタービン技術の開発に関する研究に資金が投入された。^[69]設計コンセプトと車両の研究は、クライスラー、ゼネラルモーターズ、フォード（ AiResearchと共同）、アメリカンモーターズ（ウィリアムズリサーチと共同）によって行われた。^[70]比較可能な費用対効果を評価するために長期テストが実施された。^[71]いくつかのAMCホーネットは、重量250ポンド（113kg）、4450rpmで80馬力（60kW、81PS）を発生する小型のウィリアムズ再生ガスタービンで駆動されていた。^{[72] [73] [74]}

1982年、ゼネラルモーターズは、石炭粉塵を原料とするガスタービンを搭載したオールズモビルデルタ88を導入した。これは、当時、米国と西側諸国が中東の石油への依存を減らすための手段として考えられていた^{[75] [76] [77] 。}

トヨタは、 1975 年のCentury ガスタービン ハイブリッド、1979 年のSports 800 ガスタービン ハイブリッド、1985 年のGTVなど、ガスタービンを搭載したコンセプトカーをいくつか発表しました。量産車は製造されませんでした。GT24 エンジンは、1977 年に車両なしで公開されました。

その後の発展

1990年代初頭、ボルボはガスタービンを動力源とするハイブリッド電気自動車であるボルボECCを発表しました。^[78]

1993年、ゼネラルモーターズは、ゼネラルモーターズEV1のプロトタイプとして、ガスタービン駆動のEV1シリーズハイブリッドを開発しました。ウィリアムズインターナショナルの40kWタービンがオルタネーターを駆動し、バッテリー電気パワートレインに電力を供給しました。タービンの設計には回生装置が含まれていました。2006年、GMはジェイ・レノとエコジェットコンセプトカープロジェクトに着手しました。

2010年のパリモーターショー で、ジャガーはコンセプトカーのジャガーC-X75を披露した。この電気スーパーカーは最高速度204mph（328km/h）で、0から62mph（0から100km/h）まで3.4秒で加速できる。リチウムイオン電池で4つの電気モーターを動かし、合計780馬力を発揮する。1回の充電で68マイル（109km）走行でき、バッテリーの再充電には2つのブラドンマイクロガスタービンを使用し、走行距離を560マイル（900km）まで延長する。^[79]

タービンを装備した最初のレースカー（コンセプトのみ）は、1955年にアメリカ空軍のグループが趣味のプロジェクトとして、ボーイング社からタービンを貸与され、ファイアストン・タイヤ・アンド・ラバー社がレースカーを所有していたときに製作された。^[80]実際のレースで使用することを目的としてタービンを装備した最初のレースカーは、ローバー社とBRM フォーミュラワンチームが協力して製作したガスタービン駆動のクーペ、ローバーBRMで、 1963年のル・マン24時間レースにグラハム・ヒルとリッチー・ギンザーの運転で出場した。平均時速107.8マイル（173.5km/h）、最高速度142マイル（229km/h）を記録した。アメリカ人のレイ・ヘッペンストールは、1968年にハウメット社とマッキーエンジニアリング社に加わり、独自のガスタービンスポーツカー、ハウメットTXを開発した。この車はアメリカとヨーロッパのいくつかのレースで2回の優勝を含む成績を収め、1968年のル・マン24時間レースにも参加した。この車はコンチネンタルのガスタービンを使用し、最終的にタービン駆動車のFIA陸上速度記録を6つ樹立した。^[81]

オープンホイールレースでは、1967年の革命的なSTP-パクストン ターボカーが、レーシングと起業家の伝説的人物であるアンディ グラナテッリが出場し、パーネリ ジョーンズが運転して、インディアナポリス 500で優勝しそうになった。プラット & ホイットニー ST6B-62 を搭載したタービンカーは、ゴールラインのわずか3周前にギアボックスのベアリングが壊れたとき、2位の車にほぼ1周リードしていた。翌年、STP ロータス56タービンカーは、新しいルールで空気取り入れ口が大幅に制限されたにもかかわらず、インディアナポリス 500のポールポジションを獲得した。1971年、チーム ロータスの代表であるコリン チャップマンは、プラット & ホイットニー STN 6/76ガスタービンを搭載したロータス 56B F1カーを発表した。チャップマンは、チャンピオンシップで優勝できる過激な車を製造することで定評があったが、ターボラグの問題が多すぎたため、プロジェクトを断念しなければならなかった。

ゼネラルモーターズは、1950年代から1960年代にかけて、ターボクルーザーI（1953年、GT-300）、ターボクルーザーII（1964年、GT-309）、ターボクルーザーIII（1968年、GT-309）、RTX（1968年、GT-309）、RTS 3T（1972年）など、いくつかの試作バスにGT-30xシリーズのガスタービン（ブランド名は「ワールファイア」）を搭載しました。^[82]

キャップストーン タービンの登場により、1999 年にテネシー州チャタヌーガの AVS 社が開発した HEV-1 に始まり、カリフォルニア州の Ebus 社と ISE Research 社、ニュージーランド (後に米国) のDesignLine Corporation 社がこれに続き、いくつかのハイブリッド バス設計が生まれました。AVS タービン ハイブリッドは信頼性と品質管理の問題に悩まされ、2003 年に AVS 社は清算されました。Designline 社による最も成功した設計は、現在 6 か国 5 都市で運用されており、世界中で 30 台以上のバスが運行されています。また、数百台の注文がボルチモアとニューヨーク市に納入されています。

イタリアのブレシア市は、市内の歴史的地区を通る路線でマイクロタービンで駆動する直列ハイブリッドバスを導入している。^[83]

MTTタービン スーパーバイクは 2000 年に登場し (MTT では Y2K スーパーバイクと呼んでいます)、タービン エンジン (具体的にはロールスロイス アリソン モデル 250 ターボシャフト エンジン、約 283 kW (380 bhp) を出力) を搭載した初の量産バイクです。時速 365 km (227 mph) のスピード テストに合格 (一部の話によると、テスト チームはテスト中に道路がなくなったそうです) し、最もパワフルな量産バイク、および 185,000 米ドルという価格で最も高価な量産バイクとしてギネス世界記録に認定されています。

いくつかの機関車クラスはガスタービンで駆動されており、最新のものはボンバルディアのジェットトレインです。

第三帝国国防軍の開発部門である陸軍兵器局は、1944年半ばから戦車に使用するためのガスタービンエンジンの設計をいくつか研究した。装甲戦闘車両の推進に使用することを意図した最初のガスタービンエンジン設計は、BMW 003をベースにしたGT 101で、パンサー戦車に搭載されることになっていた。^[84] 戦争の終わり頃には、ヤークトティーガーに前述のガスタービンの1つが搭載された。^[85]

装甲戦闘車両におけるガスタービンの2度目の採用は1954年で、 CAパーソンズ社が戦車用に特別に開発したユニットPU2979がイギリスのコンカラー戦車に搭載され試験された。^[86]ストリッズヴァグン103は1950年代に開発され、タービンエンジンであるボーイングT50を搭載した最初の量産主力戦車となった。それ以来、ガスタービンエンジンは一部の戦車の補助動力装置として、またソ連/ロシアのT-80や米国のM1エイブラムス戦車などの主力動力装置として使用されている。ガスタービンエンジンは同じ持続出力のディーゼルエンジンよりも軽量で小型だが、現在までに搭載されたモデルは同等のディーゼルエンジンよりも燃費効率が低く、特にアイドリング時には同じ戦闘距離を達成するのに多くの燃料を必要とする。 M1の後継モデルでは、バッテリーパックや二次発電機を使用して戦車の静止時にシステムに電力を供給し、メインタービンをアイドリングさせる必要性を減らすことで燃料を節約することで、この問題に対処してきました。T-80は、航続距離を延ばすために、3つの大きな外部燃料ドラムを搭載できます。ロシアはT-80の生産を中止し、ディーゼル駆動のT -90（ T-72ベース）を採用しました。一方、ウクライナは、ガスタービン戦車にほぼ匹敵する出力を持つディーゼル駆動のT-80UDとT-84を開発しました。フランスのルクレール戦車のディーゼル動力装置は、「ハイパーバー」ハイブリッド過給システムを備えており、エンジンのターボチャージャーが小型ガスタービンに完全に置き換えられ、補助ディーゼル排気ターボチャージャーとしても機能し、エンジン回転数に依存しないブーストレベル制御と、（通常のターボチャージャーよりも）高いピークブースト圧を実現しています。このシステムにより、より小排気量で軽量のエンジンを戦車の動力装置として使用この特殊なガスタービン/ターボチャージャーは、通常のAPUと同様にメインエンジンから独立して動作することもできます。

タービンは、構造が単純で可動部品が少ないため、理論的にはピストン エンジンよりも信頼性が高く、メンテナンスも簡単ですが、実際には、タービン部品は動作速度が速いため、摩耗率が高くなります。タービン ブレードはほこりや細かい砂に非常に敏感なので、砂漠での作業では、エア フィルターを 1 日に数回取り付けて交換する必要があります。フィルターが適切に取り付けられていなかったり、弾丸や砲弾の破片がフィルターを突き破ったりすると、エンジンが損傷する可能性があります。ピストン エンジン (特にターボチャージャー付きの場合) もフィルターをきちんとメンテナンスする必要がありますが、フィルターが故障してもピストン エンジンの方が耐久性があります。

戦車で使用されるほとんどの最新のディーゼルエンジンと同様に、ガスタービンは通常、多燃料エンジンです。

ガスタービンは多くの海軍艦艇で使用されており、その高い出力重量比と、それによる船の加速および迅速な出航能力が高く評価されています。

最初のガスタービン駆動の海軍艦艇は、1947年に改造されたイギリス海軍のモーター砲艦 MGB 2009（旧称MGB 509 ）でした。メトロポリタン・ヴィッカースは、F2/3ジェットエンジンにパワータービンを取り付けました。蒸気砲艇グレイ ・グースは、 1952年にロールスロイス製ガスタービンに改造され、1953年からそのように運用されました。 ^[87] 1953年に建造されたボールド級高速巡視艇ボールド・ パイオニアとボールド・パスファインダーは、ガスタービン推進専用に作られた最初の船でした。^[88]

最初の大型で部分的にガスタービンを動力源とする船舶は、蒸気とガスの複合動力装置を備えたイギリス海軍のタイプ 81 (トライバル級)フリゲート艦でした。最初のHMS アシャンティは 1961 年に就役しました。

ドイツ海軍は、世界初のディーゼル・ガス複合推進システム としてブラウン・ボベリ社製ガスタービン2基を搭載したケルン級 フリゲート艦を1961年に進水させました。

ソ連海軍は、1962年に、ガスとガスの複合推進システムで4基のガスタービンを搭載したカシン級 駆逐艦25隻のうち最初の1隻を就役させました。これらの艦艇は、54,000～72,000kW（72,000～96,000馬力）の電力を発生する4基のM8Eガスタービンを使用していました。これらの艦艇は、ガスタービンのみで駆動する世界初の大型艦艇でした。

デンマーク海軍は、 1965年から1990年にかけて、6隻のソローヴェン級魚雷艇（イギリスのブレイブ級高速哨戒艇の輸出型）を運用していた。これらの艇には、合計9,510kW（12,750馬力）のブリストル プロテウス（後のRRプロテウス）船舶用ガスタービン3基と、低速時の燃費向上のため、340kW（460馬力）のゼネラルモーターズ製ディーゼルエンジン2基が搭載されていた。^[89]また、1974年から2000年まで就役したウィレモス級魚雷・誘導ミサイル艇10隻も製造され、これらには、ソルヴェン級艇と同じ定格9,510kW（12,750馬力）のロールスロイス・マリン・プロテウス・ガスタービン3基と、低速時の燃費向上のため定格600kW（800馬力）のゼネラルモーターズ・ディーゼルエンジン2基が搭載されていた。^[90]

スウェーデン海軍は1966年から1967年にかけて、ブリストル・シドレー・プロテウス 1282タービン3基を搭載し、それぞれ3,210kW（4,300馬力）のパワーを発揮するスピカ級魚雷艇6隻を建造した。後に、同じエンジンを搭載した12隻のノルショーピング級改良型魚雷艇が加わった。後部魚雷発射管が対艦ミサイルに置き換えられ、最後の1隻が2005年に退役するまでミサイル艇として運用された。^[91]

フィンランド海軍は1968年にトゥルンマー級 コルベット2隻、トゥルンマーとカルヤラを就役させた。これらの艦には、16,410kW（22,000馬力）のロールスロイス社製オリンパスTM1ガスタービン1基と、低速用にワルチラ社製船舶用ディーゼルエンジン3基が搭載されていた。これらの艦はフィンランド海軍で最速の艦艇であり、常時35ノット、海上公試中には37.3ノットの速度を達成した。トゥルンマーは2002年に退役した。カルヤラは現在トゥルクの博物館船となっており、トゥルンマーはサタクンタ工科大学の浮体式機械工場および訓練船として使用されている。

次の一連の主要海軍艦艇は、1972年に就役したカナダのイロコイ級ヘリコプター搭載駆逐艦 4 隻でした。これらの艦艇は、2 基の ft-4 主推進エンジン、2 基の ft-12 巡航エンジン、および 3 基のソーラー サターン 750 kW 発電機を使用していました。

米国初のガスタービン動力船は、米国沿岸警備隊の ポイント・サッチャーで、1961年に就役したカッターで、可変ピッチプロペラを使用した750kW（1,000馬力）のタービン2基を搭載していた。^[92]より大型のハミルトン級 高耐久カッターは、ガスタービンを使用した最初の大型カッターであり、その最初のもの（USCGC ハミルトン）は1967年に就役した。それ以来、ガスタービンは米国海軍の オリバー・ハザード・ペリー級フリゲート、スプルーアンス級およびアーレイ・バーク級駆逐艦、タイコンデロガ級 ミサイル巡洋艦に動力を与えてきた。ワスプ級強襲揚陸艦を改造したUSS マキン・アイランドは、ガスタービンで駆動する海軍初の強襲揚陸艦となる予定である。海洋ガスタービンは、空気と燃料に海塩が含まれており、安価な燃料が使用されているため、より腐食性の高い雰囲気で動作します。

1940 年代後半まで、世界中の船舶用ガスタービンの進歩の多くは設計事務所やエンジン製造業者の工場で行われ、開発作業は英国海軍と他の海軍によって主導されていました。海軍用と商船用の両方の船舶用ガスタービンへの関心は高まり続けましたが、初期のガスタービン プロジェクトでの運用経験の成果が得られなかったため、着手される外洋商用船での新規事業の数は限られていました。

1951年、載貨重量トン数（DWT） 12,290のディーゼル電気式石油タンカー「オーリス」が、海上運用条件下での主推進ガスタービンの運転経験を得るために使用され、ガスタービンを動力とする最初の外航商船となった。アングロサクソン石油会社が作成した設計図と仕様に基づいて英国ヘバーン・オン・タインのホーソン・レスリー社で建造され、1947年の英国のエリザベス王女21歳の誕生日に進水したこの船は、高速エンジンの1つで重質燃料を実験的に使用したり、将来的にディーゼルエンジンの1つをガスタービンに交換したりできるように機関室レイアウトが設計された。^[93]オーリスは、当初就役したディーゼル電気推進装置を搭載し、3年半タンカーとして商業的に運航されたが、1951年に「フェイス」、「ホープ」、「チャリティ」、「プルーデンス」として知られていた4基の824kW（1,105馬力）ディーゼルエンジンのうち1基が、ラグビーのブリティッシュ・トンプソン・ヒューストン社が製造した890kW（1,200馬力）オープンサイクル・ガスターボ発電機である世界初の船舶用ガスタービンエンジンに交換された。ノーサンブリア沖での海上試験に成功した後、オーリスは1951年10月にヘバーン・オン・タインから米国のポート・アーサーに向けて出航し、その後カリブ海南部のキュラソー島で44日間の航海を経てエイボンマウスに戻り、歴史的な大西洋横断を無事に完了した。この航海中、ガスタービンはディーゼル燃料を燃焼し、不意の停止や機械的なトラブルもなく稼働しました。その後、オーリスはスウォンジー、ハル、ロッテルダム、オスロ、サウサンプトンを訪れ、合計 13,211 海里を航行しました。その後、オーリスはすべての動力装置を 3,910 kW (5,250 shp) の直結型ガスタービンに交換し、ガスタービン動力のみで稼働する初の民間船となりました。

この初期の実験航海の成功にもかかわらず、ガスタービンは大型商船の推進装置としてディーゼルエンジンに取って代わることはなかった。一定の巡航速度では、ディーゼルエンジンは燃料効率という重要な分野ではまったく匹敵するものがなかった。ガスタービンは、戦闘中の軍艦で突然の急速な速度変更が求められるイギリス海軍艦艇や世界の他の海軍艦隊ではより大きな成功を収めた。^[94]

アメリカ海事委員会は第二次世界大戦のリバティ船を更新する選択肢を探しており、その中の1つとして大型ガスタービンが選ばれた。1956年にジョン・サージェントは全長が延長され、排気ガス再生装置、減速ギア、可変ピッチプロペラを備えたゼネラル・エレクトリック製の4,900kW (6,600shp) HDガスタービンが搭載された。残余燃料(バンカーC )を7,000時間使用し、9,700時間稼働した。燃料効率は蒸気推進と同等で毎時0.318kg/kW (0.523lb/hp)であった^[95]。出力は北海ルートの周囲温度がガスタービンの設計温度よりも低かったため、予想よりも高い5,603kW (7,514shp)となった。これにより、船の速度は 18 ノットになりました。これは、元の発電所の 11 ノットから向上し、目標の 15 ノットを大幅に上回りました。船は、途中で荒天に見舞われたにもかかわらず、平均速度 16.8 ノットで最初の大西洋横断を行いました。燃料の品質が非常に重要であったため、適切なバンカー C 燃料は限られた港でしか入手できませんでした。燃料油は、汚染物質を減らすために船上で処理する必要があり、これは当時自動化に適さない労働集約的なプロセスでした。最終的に、新しい未テストの設計であった可変ピッチプロペラは、3 回連続の年次検査で応力亀裂が見つかったため、試験を終了しました。ただし、これは船舶推進ガスタービンのコンセプトに悪影響を及ぼすものではなく、試験は全体的に成功でした。この試験の成功により、GE は重質燃料を使用する船舶用 HD ガスタービンの開発をさらに進めることができました。^[96]ジョン・サージェントは1972年にペンシルベニア州ポーツマスで解体された。

ボーイング社は1974年4月に初の旅客用ウォータージェット推進水中翼船 ボーイング929を進水させた。この船は2基のアリソン501 -KFガスタービンで駆動されていた。 ^[97]

1971年から1981年にかけて、シートレインラインズは、4隻のコンテナ船（総トン数26,000トン）で北大西洋を渡り、米国東海岸の港と北西ヨーロッパの港の間で定期コンテナサービスを運営していた。これらの船舶は、プラット・アンド・ホイットニー社製のFT 4シリーズのガスタービン2基を搭載していた。このクラスの4隻は、ユーロライナー、ユーロフレイター、アジアライナー、アジアフレイターと命名された。 1970年代半ばの石油輸出国機構（OPEC）による大幅な価格上昇を受けて、燃料費の高騰により運航が制約された。これらの船舶のエンジンシステムに一部変更が行われ、低品位の燃料（船舶用ディーゼル）を燃焼できるようにした。船舶用ガスタービンで異なる未試験燃料を使用することで燃料費の削減に成功したが、燃料変更に伴い保守費用が増加した。 1981年以降、船舶は売却され、当時としてはより経済的なディーゼル燃料エンジンに改装されましたが、エンジンのサイズが大きくなると貨物スペースが減少しました。^[要出典]

ガスタービンを採用した最初の旅客フェリーは、1977年に建造されたGTSフィンジェット号で、プラット・アンド・ホイットニーFT 4C-1 DLFタービン2基を搭載し、55,000kW（74,000shp）を発電し、31ノットの速度で船を推進した。しかし、フィンジェット号は、燃料価格の高騰により運航が採算が取れなくなったため、商用船におけるガスタービン推進の欠点も浮き彫りにした。就航から4年後、オフシーズンの運航コストを削減するため、ディーゼルエンジンが増設された。フィンジェット号は、ディーゼル電気推進とガス推進を組み合わせた最初の船でもあった。旅客船でガスタービンを商用利用した別の例としては、ステナラインのHSSクラス高速フェリーがある。 HSS 1500 クラスのStena Explorer、Stena Voyager、Stena Discovery の各船は、ツインGE LM2500と GE LM1600 の複合ガスおよびガスセットアップを使用して、合計 68,000 kW (91,000 shp) の電力を供給します。わずかに小さい HSS 900 クラスのStena Carisma は、ツインABB – STAL GT35 タービンを使用して、総出力 34,000 kW (46,000 shp) の定格出力を実現します。Stena Discovery は、燃料費が高すぎるという別の犠牲者となり、2007 年に退役しました。^{[引用が必要]}

2000年7月、ミレニアムはガスタービンと蒸気タービンの両方で駆動する最初のクルーズ船となった。この船にはゼネラル・エレクトリック社製のLM2500ガスタービン発電機が2基搭載されており、その排熱を利用してCOGES（ガス・電気・蒸気併用）構成の蒸気タービン発電機を稼働させた。推進力はロールス・ロイス社製のマーメイド・アジマス・ポッド2基で電動化された。定期船RMS クイーン・メリー2号はディーゼルとガスの複合構成を採用している。^[98]

海洋レース用途では、2010 C5000 Mystic カタマランMiss GEICO は、動力システムに 2 基の Lycoming T-55 タービンを使用しています。^{[引用が必要]}

ガスタービン技術は、その誕生以来着実に進歩し、進化し続けています。開発では、小型のガスタービンと、より強力で効率的なエンジンの両方が積極的に生産されています。これらの進歩を支えているのは、コンピューターベースの設計 (具体的には数値流体力学と有限要素解析) と先進材料の開発です。先進材料には、優れた高温強度を持つベース材料 (降伏強度異常を示す単結晶 超合金など) や、構造材料をかつてない高温から保護する熱遮断コーティングなどがあります。これらの進歩により、より高い圧縮比とタービン入口温度、より効率的な燃焼、およびエンジン部品の冷却が向上します。

計算流体力学（CFD）は、複雑な粘性流と熱伝達現象の理解を深めることで、ガスタービンエンジン部品の性能と効率の大幅な向上に貢献してきました。このため、CFDはガスタービンエンジンの設計と開発に使用される重要な計算ツールの1つです。 ^{[99] [100]}

初期のガスタービンの単純サイクル効率は、中間冷却、再生（または回復）、再加熱を組み込むことで実質的に2倍になりました。もちろん、これらの改善は初期費用と運用費用の増加を犠牲にして実現され、燃料費の削減が他の費用の増加を相殺しない限り正当化できません。比較的低い燃料価格、設置費用を最小限に抑えたいという業界の一般的な要望、および単純サイクル効率が約40％に大幅に増加したことから、これらの変更を選択する意欲はほとんど残っていませんでした。^[101]

排出ガス面では、NOx排出量を削減し、最新の排出ガス規制を満たすために、タービン入口温度を上げながらピーク炎温度を下げることが課題となっている。2011年5月、三菱重工業は320メガワットのガスタービンでタービン入口温度1,600℃（2,900℉）を達成し、総熱効率が60％を超えるガスタービン複合サイクル発電用途では460MWを達成した。^{[102] [103]}

コンプライアントフォイル ベアリングは、1990 年代にガスタービンに商業的に導入されました。これらは 10 万回以上の始動/停止サイクルに耐えることができ、オイル システムの必要性を排除しました。マイクロエレクトロニクスと電力スイッチング技術の応用により、配電および車両推進用のマイクロタービンによる商業的に実現可能な発電の開発が可能になりました。

2013年、ゼネラル・エレクトリックは圧縮比61:1のGE9Xの開発を開始した。 ^[104]

ガスタービンエンジンの利点と欠点は以下の通りである。^[105]

利点は次のとおりです:

• 往復エンジンに比べて非常に高い出力重量比。
• 同じ出力定格のほとんどの往復エンジンよりも小型です。
• メインシャフトのスムーズな回転により、往復エンジンに比べて振動がはるかに少なくなります。
• 往復エンジンよりも可動部品が少ないため、メンテナンスコストが低くなり、耐用年数全体にわたって信頼性と可用性が高まります。
• 特に持続的な高出力が求められるアプリケーションにおいて、信頼性が向上します。
• 廃熱はほぼすべて排気で放散されます。その結果、複合サイクルでの湯沸かしやコジェネレーションに非常に利用できる高温の排気流が生まれます。
• 一般的に往復エンジンよりもピーク燃焼圧力が低くなります。
• 発電に使用される大型ガスタービンは同期速度で動作しますが、小型の「フリータービンユニット」ではシャフト速度が高くなります。
• 潤滑油のコストと消費量が低い。
• さまざまな燃料で稼働できます。
• 過剰な空気、完全燃焼、冷たい表面での炎の「消炎」がないため、CO と HC の有毒な排出が非常に少なくなります。

デメリットは次のとおりです:

• コアエンジンのコストは、特に高い信頼性が求められる用途（航空機の推進など）では、特殊な材料の使用により高くなる可能性があります。
• アイドリング速度では往復エンジンよりも効率が低くなります。
• 往復エンジンよりも始動に時間がかかります。
• 往復エンジンに比べて、電力需要の変化に対する応答性が低くなります。
• 特徴的なうなり音を抑えるのは難しい場合があります。排気ガス（特にターボジェット）も独特の轟音を発することがあります。

• シーメンスエナジー
• アンサルド
• 三菱重工業
• ロールスロイス
• ゼネラル・エレクトリック
• シルマッシュ
• オデキ
• プラット・アンド・ホイットニー
• P&W カナダ
• 太陽光発電タービン
• アルストム
• ゾリャ・マシュプロエクト
• MTU 航空エンジン
• マンターボ
• 株式会社IHI
• 川崎重工業
• ハル
• ベル
• マプナ
• テックウィン
• 斗山重工業
• 上海電気
• ハルビン電気
• AECC

英国、ドイツ、その他の国および国際試験規格は、ガスタービンの試験に使用される手順と定義を標準化するために使用されます。使用する試験規格の選択は、購入者と製造業者の間の合意であり、タービンと関連システムの設計に一定の意味を持ちます。米国では、ASME がガスタービンに関するいくつかの性能試験規格を発行しています。これには、ASME PTC 22–2014 が含まれます。これらの ASME 性能試験規格は、ガスタービンの試験に関して国際的に認知され、受け入れられています。PTC 22 を含む ASME 性能試験規格の最も重要かつ差別化された特徴は、測定の試験不確かさが試験の品質を示すものであり、商用許容値として使用されないことです。

• 航空機エンジンの一覧
• 遠心圧縮機
• ガスタービンモジュール式ヘリウム反応炉
• 空気圧モーター
• パルスジェット
• 蒸気タービン
• タービンエンジンの故障
• 風力タービン

• 定置式燃焼ガスタービン（オイルおよび過速度制御システムを含む）の説明
• 「航空機ガスタービン技術」Irwin E. Treager著、McGraw-Hill、Glencoe Division、1979年、ISBN 0-07-065158-2。 
• 「ガスタービン理論」HIH Saravanamuttoo、GFC Rogers、H. Cohen 著、Pearson Education、2001 年、第 5 版、ISBN 0-13-015847-X。 
• Leyes II, Richard A.; Fleming, William A. (1999)。北米小型ガスタービン航空機エンジンの歴史。ワシントン D.C.: スミソニアン協会。ISBN 978-1-56347-332-6。
• RM "Fred" Klaass および Christopher DellaCorte、「オイルフリー ガスタービン エンジンの探求」、SAE 技術論文、No. 2006-01-3055、sae.org で入手可能
• 「モデルジェットエンジン」トーマス・カンプス著ISBN 0-9510589-9-1 Traplet Publications 
• 『航空機エンジンおよびガスタービン』第2版、Jack L. Kerrebrock著、MIT Press、1992年、ISBN 0-262-11162-4。 
• 「ガスタービン事故の法医学的調査」ジョン・モロイ、M&Mエンジニアリング
• 「ガスタービン性能、第 2 版」、フィリップ ウォルシュ、ポール フレッチャー著、Wiley-Blackwell、2004 年ISBN 978-0-632-06434-2 
• ガスタービンの先進技術（レポート）。ワシントン DC：全米科学アカデミー出版。2020 年。doi :10.17226/ 25630。ISBN 978-0-309-66422-6。

• カーリーのガスタービン
• アルマニャック、アルデン P. (1939 年 12 月)。「車輪を回す力の新時代」『ポピュラーサイエンス』p. 81。
• 民間ジェットエンジンの技術速度
• MIT ガスタービン研究所 2010 年 7 月 21 日にWayback Machineにアーカイブされました
• MITマイクロタービン研究
• カリフォルニア分散エネルギー資源ガイド – マイクロタービン発電機
• ガスタービンの仕組みの紹介（「how stuff works.com」より） 2008 年 6 月 16 日アーカイブ、Wayback Machineより
• インタラクティブ学習のための航空機ガスタービンシミュレータ
• 米国エネルギー省がまとめた定置型ガスタービン技術に関するオンラインハンドブック。2017年7月1日にWayback Machineにアーカイブされました。