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ガスタービンは、空気を圧縮し、圧縮空気中で燃料を燃焼させ、発生した高温ガスをタービンを通して膨張させる、完全な連続流内燃機関です。[ 1 ]タービンは圧縮機を駆動し、設計によっては推力、軸動力、またはその両方を発生させることもあります。圧縮機、燃焼器、タービンは、ガス発生器またはエンジンのコアを構成します。[ 2 ]
ガスタービンはブレイトンサイクルで動作し、航空機の推進、発電、船舶の推進、産業機械、ポンプ、ガス圧縮機、および一部の陸上車両に使用されます。[ 3 ] [ 4 ]航空機では、同じ基本エンジンコアがターボジェット、ターボファン、ターボプロップ、およびターボシャフトで使用される場合があります。[ 2 ]産業および船舶サービスでは、ガスタービンは一般的に、発電機、圧縮機、ポンプ、またはプロペラを駆動する軸動力エンジンとして使用されます。[ 1 ]
ガスタービンは、高温ガスで駆動されるすべてのタービンと混同されるべきではありません。ターボチャージャーやターボコンパウンドエンジンで使用される動力回収タービンなどの装置にはタービンが含まれていますが、独自の圧縮機-燃焼器-タービンガス発生器コアを持たず、排気ガスの供給源として別の往復動エンジンに依存しているため、それ自体はガスタービンエンジンではありません。[ 1 ] [ 2 ] [ 5 ]
理想的なブレイトンサイクルでは、作動流体は等エントロピー圧縮、定圧加熱、等エントロピー膨張、定圧放熱の4つのプロセスを経ます。[ 33 ]この理想的なサイクルは、ガスタービンエンジンのモデル化に使用されます。開放サイクルガスタービンでは、空気は圧縮機、燃焼器、タービンを連続的に通過します。排気は再循環されるのではなく周囲に排出されるため、放熱ステップは排気が新鮮な吸入空気と置き換えられる理想化された表現です。[ 34 ]
実際のガスタービンでは、圧縮機に供給される軸動力によって流入空気の圧力と温度が上昇します。次に、圧縮空気中で燃料を燃焼させることで、燃焼器内で熱が加えられます。こうして生成された高温ガスはタービン内を膨張し、圧縮機を駆動する動力を生み出すとともに、エンジンの種類によっては、追加の軸動力またはジェット推力を発生させます。実際の圧縮機、燃焼器、タービンは、摩擦、乱流、圧力損失、熱伝達、その他の不可逆的な影響により、理想的なブレイトンサイクルから逸脱します。
空気は圧縮機によって取り込まれ、圧縮機には軸流式、遠心式、混合流式、または複合式の設計が使用される場合があります。圧縮された空気は、環状、缶型、または缶環状型の設計が使用される燃焼器に送られます。 [ 35 ]燃焼器は、流れの中で燃料を燃焼させることによって圧縮空気に熱を加え、圧縮機の空気の一部は、燃焼器とタービン部品の火炎制御、希釈、および冷却にも使用されます。結果として生じる高温ガスはタービンを通過して膨張し、タービンは流れから仕事を取り出します。この仕事の一部は圧縮機を駆動し、残りのエネルギーは、ジェット推力の発生、ファンの駆動、減速ギアによるプロペラの駆動、またはローター、補助ギアボックス、産業用負荷、または発電機の動力源として使用できます。[ 36 ] [ 35 ]
圧縮機、燃焼器、および圧縮機駆動タービンは、高温で高エネルギーのガスを出力するため、ガス発生器とも呼ばれるエンジンの核を形成します。[ 37 ]
エンジンに産業用発電機、ヘリコプターのローター、船舶用プロペラ、ファン、またはその他の負荷を駆動するための追加のタービンがある場合、流れのエネルギーのより大きな部分が軸仕事として抽出されます。一部の設計では、このタービンはガス発生器とは機械的に独立しており、フリーパワータービンと呼ばれます。ターボファンでは、タービンはファンを駆動するための追加の仕事を抽出しますが、残りの排気エネルギーの一部はジェット推力に寄与する可能性があります。ターボプロップでは、有効な推進力の大部分はプロペラによって供給されます。典型的なターボプロップエンジンでは、プロペラは海面標準日の条件下で総推力の約90パーセントを生成します。[ 38 ]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エンジンコンポーネントを駆動するのに十分なエネルギーのみが流れから抽出され、残りのガスエネルギー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生成します。
エンジンが小さいほど、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、ブレードの空力特性、段数、材料の限界、コンポーネントの効率とともに、タービンとコンプレッサで得られる圧力比に影響を与える要因の 1 つです。これらの要因は、エンジンで得られる最大出力と効率に影響を与えます。先端速度を一定に保つには、ローターの直径が半分になった場合、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 もの速さで回転することがあります。[ 39 ]
機械的には、ガスタービンは一部の往復動エンジンよりも複雑ではない場合があります。これは、単純なガスタービンには、コンプレッサー/シャフト/タービンローターという1つの主要な回転アセンブリがあり、その他の可動部品は燃料システムとアクセサリーシステムにあるためです。これにより、場合によっては製造コストを削減できます。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証明されました[ 40 ] 。また、完成に必要な低技能労働時間は、 BMW 801の1,400時間と比較して、わずか375時間（製造、組み立て、出荷を含む）でした[ 41 ]。ただし、初期生産のターボジェットでは、効率と信頼性が低いという問題がありました。
単純なガスタービンは可動部品の数が少ないため、単純なピストンエンジンよりも製造が容易になるとは限りません。ガスタービンは高速回転と高温ガスで動作し、コンプレッサーとタービンには精密なブレード形状、小さなクリアランス、慎重なローターバランス、耐熱材料が必要です。最新のターボファンエンジンや複合サイクル発電所のタービンなどのより高度なガスタービンは、2つまたは3つのシャフト（スプール）、多数のコンプレッサーとタービンブレードの列、可変ステーターベーン、広範な燃料、オイル、空気、冷却、および制御システムを備えている場合があります。たとえば、ロールスロイス トレント XWBは、独立した低圧、中圧、高圧システム、8 段の中圧コンプレッサー、6 段の高圧コンプレッサー、単段の高圧タービン、2 段の中圧タービン、6 段の低圧タービン、およびデュアルチャンネルFADEC を備えた 3 軸ターボファンです。[ 42 ]
ガスタービンエンジンの大きな利点は、特に航空機やその他高い持続出力を必要とする用途において、その高い出力重量比です。連邦航空局は、ターボプロップエンジンは、180～350 mphの巡航速度範囲において、レシプロエンジンよりも重量1ポンドあたりに多くの出力を発生させると指摘しています。[ 43 ]比較的軽量なエンジンでかなりの有効仕事を生み出すことができるため、ガスタービンは、高出力、高速、または高高度での持続運転を必要とする航空機に最適です。
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、流体潤滑油ベアリングまたは油冷式転がり軸受です。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で使用されており[ 44 ] 、小型ガスタービン/補助動力装置での使用にも大きな可能性を秘めています。[ 45 ]
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、運転中に経験する高温と応力によって誘発されるクリープを低減することです。効率を高めるために運転温度の上昇が継続的に求められていますが、その代償としてクリープ速度が高くなります。そのため、クリープを制限しながら最適な性能を達成するためにいくつかの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。[ 46 ]これらの技術は、転位すべり、転位上昇、拡散流として大まかに分類できるメカニズムによって発生する変形を制限することによって機能します。
保護コーティングは、ブレードの断熱性を提供し、酸化および腐食に対する耐性も提供します。熱遮断コーティング（TBC）は、多くの場合、安定化された二酸化ジルコニウムベースのセラミックであり、酸化/腐食耐性コーティング（ボンドコート）は通常、アルミニウム合金または 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、超合金基板の温度曝露が制限され、それによって合金内の活性種（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低減されます。1～200 μm のコーティングにより、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りました。[ 47 ] ボンドコートは、パック浸炭を使用して基板の表面に直接塗布され、TBC の密着性の向上と基板の酸化耐性という 2 つの目的を果たします。ボンドコートからのAlはTBC-ボンドコート界面にAl₂O₃を形成し、酸化耐性を提供するが、同時に、ボンドコートと基材との間に望ましくない相互拡散（ID）ゾーンが形成される。[ 48 ] 。酸化耐性は、ブレードの寿命を延ばし、ブレードの外側に堆積物が生じることによる効率損失を制限するため、IDゾーンに関連する欠点を上回る。[ 49 ]
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る。ガンマ（γ）FCCニッケルは、アルミニウムとチタンと合金化され、コヒーレントなNi 3 (Al,Ti)ガンマプライム（γ'）相が均一に分散して析出する。微細に分散したγ'析出物は転位の移動を妨げ、しきい値応力を導入し、クリープの開始に必要な応力を増加させる。さらに、γ'は規則的なL1 2相であるため、転位がそれをせん断するのが難しくなる。[ 50 ]さらに、レニウムやルテニウムなどの耐火元素を固溶体として添加することで、クリープ強度を向上させることができる。これらの元素の添加により、ガンマプライム相の拡散が抑制され、疲労耐性、強度、クリープ耐性が維持される。[ 51 ]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た。粒界がないため、単結晶はコブルクリープを排除し、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。[ 52 ]単結晶は高温でのクリープは低いものの、ホール・ペッチの関係によって強度が決まる室温では降伏応力が著しく低くなります。低温での降伏強度を低下させることなく高温での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。
空気吸入式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ト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。 [ 53 ] [ 54 ]排気ガスの直接的な衝動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。多くの軍隊や民間の運用者によってまだ使用されていますが、ターボジェットは燃費が悪く騒音が大きいため、ほとんどがターボファンエンジンに置き換えられています。 [ 35 ]ダクト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えるダクトファンによって推力の約80%を生成します。ターボファンには、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移動する空気の量です。これらのエンジンは、燃料消費量を増やすことなく推力を向上させるという利点があります。[ 35 ] [ 36 ]
ターボプロップエンジンは、タービンエンジンの一種で、減速ギアを使用してタービンセクションの高速回転（多くの場合、数万回転）をプロペラの効率的な動作に必要な低回転に変換し、航空機のプロペラを駆動します。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重量比を利用してプロペラを駆動できるため、より強力でありながら小型のエンジンを使用できることです。[ 36 ]ターボプロップエンジンは、ピラタス PC-12などのビジネス機、ビーチクラフト 1900などのコミューター機、セスナ 208 キャラバンやデ・ハビランド カナダ ダッシュ 8などの小型貨物機、エアバス A400M輸送機、ロッキード AC-130、ツポレフ Tu-95戦略爆撃機などの大型機（通常は軍用）など、幅広い航空機で使用されています。軍用ターボプロップエンジンは多種多様だが、民間市場では主に2種類のエンジンが存在する。1つはプラット・アンド・ホイットニー・カナダのPT6（フリータービン式ターボシャフトエンジン）、もう1つはハネウェルのTPE331（固定タービン式エンジン、旧称ギャレット・エアリサーチ331）である。
航空機転用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軽量である。[ 55 ]
航空機用派生型エンジンは、産業用機械よりも迅速に停止でき、負荷変動に対応できるため、発電に使用されています。[ 56 ]また、軽量化のために海洋産業でも使用されています。一般的なタイプとしては、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の航空機用派生型などがあります。[ 55 ]
航空機派生型エンジンは、稼働中の航空機エンジンを改造したものでもある。FTAI Aviationは2026年に、CFM International CFM56を年間100基、25メガワットの発電タービンに改造する計画を発表した。 [ 57 ]
ガスタービンは、アマチュアによって使用される、あるいは製造されるケースが増えている。
最も単純な形では、これらは軍の余剰品やスクラップヤードで入手した市販のタービンであり、エンジン収集の趣味の一環として展示用に運転されます。[ 58 ] [ 59 ]最も極端な形では、アマチュアがプロの修理では不可能なエンジンを再構築し、陸上速度記録に挑戦するために使用することさえあります。
最もシンプルな自作ガスタービンは、自動車用ターボチャージャーをコアコンポーネントとして採用している。燃焼室は製作され、圧縮機部とタービン部の間に配管される。[ 60 ]
より高度なターボジェットエンジンも製造されており、その推力と軽量性は大型模型航空機の動力源として十分である。[ 61 ]シュレックリング設計[ 61 ]では、合板、エポキシ樹脂、巻き付け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など、エンジン全体を原材料から構築している。
現在、いくつかの小規模企業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のものではなく、これらの市販および準市販のマイクロタービンを使用している。[ 62 ]
小型ガスタービンは、航空機などの大型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である。[ 35 ]それらは以下を供給する。
産業用ガスタービンは、航空機用ガスタービンとは異なり、フレーム、ベアリング、ブレードがより頑丈な構造になっている。また、動力源となる機器（多くの場合、発電機）や、余剰エネルギー（主に熱）を回収する二次エネルギー装置との統合性も非常に高い。
ガスタービンは、持ち運び可能な移動式プラントから、専用の建物に収容された100トンを超える大型で複雑なシステムまで、様々なサイズがあります。ガスタービンを軸動力のみに使用する場合、熱効率は約30%です。しかし、発電するよりも電気を購入する方が安価な場合もあります。そのため、多くのエンジンはCHP（熱電併給）構成で使用され、持ち運び可能なコンテナ構成に組み込めるほど小型化されています。
ガスタービンは、タービンからの廃熱を排熱回収蒸気発生器 (HRSG) で回収し、コンバインドサイクル構成で従来の蒸気タービンを駆動する場合に特に効率的になります。 [ 63 ] 605 MW のGeneral Electric 9HA は、 1,540 °C (2,800 °F)という高温で 62.22% の効率を達成しました。[ 64 ] 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、コンバインドサイクルで 64% を超える効率の 826 MW HA を提供しており、2017 年の受注時の 63.7% から向上し、2020 年代初頭までに 65% を達成する見込みです。[ 65 ] 2018 年 3 月、GE Power は、7HA タービンで 63.08% の総効率を達成しました。[ 66 ]
航空機転用型ガスタービンは、複合サイクルにも使用でき、効率を高めることができますが、専用に設計された産業用ガスタービンほどの効率にはなりません。また、コージェネレーション構成で運転することも可能です。排気ガスは、暖房や給湯に利用したり、吸収式冷凍機を駆動して吸気を冷却し、出力を向上させるために使用したりできます。これは、タービン吸気冷却と呼ばれる技術です。
もう 1 つの大きな利点は、数分以内にオン/オフできるため、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 ロード発電所と負荷追従発電所の容量が不足している地域や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稼働することがあります。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成し、熱力学的効率は35 ～ 40% です。[ 67 ]
機械駆動専用、または回収蒸気発生器と組み合わせて使用される産業用ガスタービンは、発電機セットとは異なり、一般的に小型で、単軸ではなく二軸設計となっています。出力範囲は1メガワットから50メガワットまでです。これらのエンジンは、ポンプまたはコンプレッサーアセンブリに直接、またはギアボックスを介して接続されます。設置場所の大部分は石油・ガス産業です。機械駆動アプリケーションでは、効率が約2%向上します。
石油・ガスプラットフォームでは、これらのエンジンを使ってコンプレッサーを駆動し、ガスを油井に注入して別の坑井から石油を押し上げたり、輸送用にガスを圧縮したりします。また、プラットフォームの動力源としてもよく使われます。これらのプラットフォームでは、ガスを極めて低コストで入手できるため（多くの場合、燃焼ガスが不要）、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。同じ企業は、ポンプセットを使って流体を陸上やパイプラインに送り込むために、さまざまな区間でポンプセットを使用しています。
現代の技術開発の一つは、圧縮空気貯蔵装置を用いてコンプレッサーとタービンを分離することで、別の方法で効率向上を図ろうとしている。従来のタービンでは、発電された電力の最大半分がコンプレッサーの駆動に使われる。一方、圧縮空気エネルギー貯蔵装置を用いた構成では、コンプレッサーの駆動に電力が使われ、必要に応じて圧縮空気が放出されてタービンが作動する。
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、航空分野では、ごく小型の最新ヘリコプターを除くすべてのヘリコプターの動力源として使用され、大型商用機では補助動力装置としても機能します。主軸にはコンプレッサーとそのタービンが取り付けられており、これらは燃焼器とともにガス発生器と呼ばれます。ヘリコプターのローターを駆動するために、通常は独立して回転する動力タービンが使用されます。ガス発生器と動力タービン／ローターをそれぞれ独自の速度で回転させることで、設計の柔軟性が向上します。
一般的なスケールジェットエンジン、あるいは小型ガスタービンやマイクロジェットエンジンは、遠心圧縮機を使用する。
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1つであるFD3/67を開発した。[ 61 ]このエンジンは最大22ニュートンの推力を発生させることができ、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、機械に精通したほとんどの人が製作できる。[ 61 ]
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発展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。マイクロタービンは、熱交換器なしで 約15%の効率を持ち、熱交換器があれば20～30%の効率を持ち、コジェネレーションでは85%の熱電複合効率に達することができます。[ 68 ]
ほとんどのガスタービンは内燃機関ですが、外燃式ガスタービンを製造することも可能で、これは実質的に熱気エンジンのタービン版と言えます。これらのシステムは通常、EFGT（外燃式ガスタービン）またはIFGT（間接燃焼式ガスタービン）と呼ばれます。
外部燃焼は、微粉炭や細かく粉砕したバイオマス（おがくずなど）を燃料として利用するために用いられてきた。間接燃焼方式では熱交換器が使用され、燃焼生成物を含まない清浄な空気のみがタービンを通過する。間接燃焼方式では熱効率は低いものの、タービンブレードが燃焼生成物にさらされないため、より低品質（したがって安価な）燃料を使用することができる。
外部燃焼を用いる場合、タービンからの排気を主燃焼空気として利用することが可能である。これにより、燃焼排気に伴う熱損失は避けられないものの、全体的な熱損失を効果的に低減できる。
ヘリウムまたは超臨界二酸化炭素を燃料とする閉サイクル式ガスタービンは、将来の高温太陽光発電や原子力発電への応用も期待されている。
ガスタービンは、船舶、機関車、戦車、実験用自動車、バス、オートバイなどに使用されている。地上車両においては、ガスタービンは直接的な機械式原動機として、あるいは直列ハイブリッド式またはタービン電気式パワートレインにおける発電機として使用される。
航空機におけるガスタービンの重要な利点、すなわちピストンエンジン、特に自然吸気式ピストンエンジンと比較して高高度での性能維持能力は、地上車両においては一般的に無関係である。しかし、その高い出力重量比とコンパクトなサイズは、特に軍用車両、船舶推進装置、特殊大型車両において依然として有用である。
ガスタービンは、比較的小型軽量なエンジンでありながら高出力を実現できるが、多くの自動車用途においては欠点がある。通常、通常の走行に必要な幅広い速度域と負荷域において、ピストンエンジンに比べて応答性や効率が劣る。シリーズハイブリッド車では、タービンはより効率的な運転点で主に発電機として動作し、バッテリーやウルトラキャパシタが一時的な電力需要を供給できるため、これらの問題は軽減される。無段変速機（ CVT ）も、タービンの動作と自動車の駆動要件とのミスマッチを軽減することはできるが、完全に解消することはできない。
小型ガスタービンは、ピストンエンジンよりも製造コストが高かったが、その理由の一つは、ピストンエンジンがはるかに大量に大量生産されてきたためである。ターボチャージャーやターボコンパウンドエンジンも排気駆動タービンを使用するが、これらはガスタービン地上車両ではない。ターボチャージャーは、往復動エンジンを加速するために使用される排気駆動タービンとコンプレッサーであり、ターボコンパウンドエンジンは、排気システムに動力回収タービンを備えた往復動エンジンである。[ 69 ] [ 70 ]
ガスタービン駆動自動車に関する実験が数多く行われており、クライスラーによるものが最大規模である。[ 71 ] [ 72 ]最近では、ハイブリッド電気自動車へのタービンエンジンの使用に関心が集まっている。2012年には、マイクロガスタービンメーカーのBladon Jetsが、電気自動車用の超軽量レンジエクステンダー（ULRE）の開発のための投資を確保した。[ 73 ]
自動車にガスタービンを使用する最初の本格的な研究は1946年に行われ、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、独自の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考案した。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。[ 74 ]
1950 年、イギリスの自動車メーカー、ローバーのデザイナー FR ベルとチーフエンジニアのモーリス ウィルクスは、ガスタービンエンジンを搭載した最初の自動車を発表しました。2 シーターのJET1 は、エンジンがシートの後ろに配置され、車の両側に吸気グリルがあり、排気口がテールの上部にありました。テスト中、この車はタービン回転数 50,000 rpm 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展示された後、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。[ 75 ]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行しましたが、燃料消費の問題は量産車にとって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搭載車、SOCEMA-Grégoireが1952年10月のパリモーターショーで展示された。これはフランス人エンジニアのジャン＝アルベール・グレゴワールによって設計された。[ 76 ]
米国で最初に製造されたタービンエンジン搭載車は、1953年に評価が開始されたGMファイアバードIでした。ファイアバードIの写真を見ると、ジェットタービンの推力で飛行機のように車が推進されているように見えるかもしれませんが、実際にはタービンは後輪を駆動していました。ファイアバードIは商用乗用車として作られたものではなく、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。[ 77 ] 1953年、1956年、1959年のモトラマ自動車ショーのために、それぞれガスタービンで駆動するファイアバードのコンセプトカーが追加開発されました。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。 [ 78 ]
1954年に改造したプリマスから始まり、アメリカの自動車メーカーであるクライスラーは、 1950年代初頭から1980年代初頭にかけて、ガスタービンを搭載したプロトタイプ車を数多く発表した。 [ 79 ]クライスラーは1963年に50台のクライスラー・タービン・カーを製造し、ガスタービン搭載車の唯一の消費者向け試験を実施した。[ 80 ]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熱回収器が採用されていた。 [ 79 ]
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。車輪のついた飛行機のような外観のこの車両は、ジェット推進と車輪を駆動するエンジンの両方を組み合わせた独自の方式を採用していた。最高速度は282 km/h（175 mph）と謳われていた。[ 81 ]
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年の万国博覧会でビッグレッドを展示した。[ 82 ]トレーラーを含めて全長29m （96フィート）、高さ4.0m （13フィート）で、深紅に塗装されていた。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1,160N⋅m （855lb⋅ft ）だった。運転席にはアメリカ大陸の高速道路地図、ミニキッチン、バスルーム、助手席のテレビが備えられていた。このトラックの行方は数十年間不明だったが、2021年初頭に個人所有で再発見され、走行可能な状態に修復されていた。[ 83 ] [ 84 ] GMのシボレー部門は、ファイアバードのコンセプトの類似物として、タービンモーターを搭載したターボタイタンシリーズのコンセプトトラックを製作した。これには、ターボタイタンI（ 1959年頃、ファイアバードIIとGT-304エンジンを共有）、ターボタイタンII（1962年頃、ファイアバードIIIとGT-305エンジンを共有）、ターボタイタンIII（1965年、GT-309エンジン）が含まれる。さらに、GMバイソンガスタービントラックは1964年の万国博覧会で展示された。[ 85 ]
1970 年の米国大気浄化法改正の結果、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提供されました。[ 86 ]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）によって設計コンセプトと車両が開発されました。 [ 87 ]同等のコスト効率を評価するために長期テストが実施されました。[ 88 ]いくつかのAMC ホーネットは、重量250ポンド (113 kg) 、4450 rpm で80 hp (60 kW、81 PS)を発生する小型のウィリアムズ再生ガスタービンによって駆動されました。[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]
1982年、ゼネラルモーターズは、粉炭粉を使用したガスタービンで動くオールズモビル・デルタ88を使用しました。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に検討されました[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]。
トヨタは、1975年のセンチュリー・ガスタービンハイブリッド、 1979年のスポーツ800ガスタービンハイブリッド、1985年のGTVなど、ガスタービンエンジンを搭載したコンセプトカーを数多く発表したが、量産車は製造されなかった。GT24エンジンは1977年に車両なしで展示された。
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を発表した。[ 95 ]
1993年、ゼネラルモーターズは、EV1シリーズのハイブリッド車（ゼネラルモーターズEV1のプロトタイプ）として、ガスタービンを動力源とするEV1シリーズを開発した。ウィリアムズ・インターナショナル製の40kWタービンがオルタネーターを駆動し、バッテリー式電気パワートレインに電力を供給した。タービンの設計には、熱回収装置が含まれていた。2006年、GMはジェイ・レノと共にEcoJetコンセプトカープロジェクトに着手した。
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「ジャガーC-X75」を披露した。この電動スーパーカーは最高速度が204mph （328km /h）で、 0から62mph （0から100km /h）まで3.4秒で加速できる。リチウムイオンバッテリーで4つの電気モーターを駆動し、合計出力は780bhp。バッテリー1回の充電で68マイル（109km ）走行でき、2基のBladonマイクロガスタービンを使用してバッテリーを再充電することで、航続距離を560マイル（900km ）まで延長できる。[ 96 ]
タービンを搭載した最初のレースカー（コンセプトのみ）は、1955年にボーイングから貸与されたタービンとファイアストン・タイヤ・アンド・ラバー社所有のレースカーを使用して、米空軍グループが趣味のプロジェクトとして製作したものです。[ 97 ]実際のレースを目的としてタービンを搭載した最初のレースカーは、ローバーとBRMフォーミュラワンチームが協力してガスタービンエンジンを搭載したクーペ、ローバーBRMを製作し、グラハム・ヒルとリッチー・ギンサーが運転して1963年のル・マン24時間レースに出場しました。平均速度は107.8 mph（173.5 km/h）、最高速度は142 mph（229 km/h）でした。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と共同で独自のガスタービンスポーツカー、ハウメットTXを開発しました。ハウメットTXは、2回の優勝を含むアメリカとヨーロッパのいくつかのイベントに出場し、1968年のル・マン24時間レースにも参加しました。この車はコンチネンタルガスタービンを使用しており、最終的にタービン駆動車のFIA陸上速度記録を6つ樹立しました。[ 98 ]
オープンホイールレースでは、1967年にレーシング界と起業家界の伝説的人物アンディ・グラナテリが投入し、パーネリ・ジョーンズが運転した革新的なSTP-パクストン・ターボカーがインディアナポリス500で優勝寸前までいった。プラット・アンド・ホイットニーST6B-62エンジンを搭載したタービンカーは、ゴールラインまであと3周のところでギアボックスのベアリングが故障するまで、2位の車にほぼ1周差をつけていた。翌年、STPロータス56タービンカーは、新しい規則で吸気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・ロータスの代表コリン・チャップマンは、プラット・アンド・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、革新的なチャンピオンシップカーを作ることで知られていたが、ターボラグの問題が多すぎたため、プロジェクトを断念せざるを得なかった。
ゼネラルモーターズは、1950年代と1960年代に、GT-30xシリーズのガスタービン（「Whirlfire」というブランド名）を、 Turbo-Cruiser I（1953年、GT-300）、Turbo-Cruiser II（1964年、GT-309）、Turbo-Cruiser III（1968年、GT-309）、RTX （1968年、GT-309）、 RTS 3T（1972年）など、いくつかのプロトタイプバスに搭載した。 [ 99 ]
キャプストーン・タービンの登場により、ハイブリッドバスの設計が数多く開発されました。1999年にテネシー州チャタヌーガのAVS社がHEV-1を発表したのを皮切りに、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社がそれに続きました。AVS社のタービンハイブリッドバス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都市で運行されており、世界中で30台以上のバスが稼働しています。また、ボルチモアとニューヨーク市には数百台の納入が予定されています。
イタリアのブレシア市は、市内の歴史地区を通る路線で、マイクロタービンで駆動する直列ハイブリッドバスを使用している。[ 100 ]
MTTタービン・スーパーバイクは2000年に登場し（そのためMTTはY2Kスーパーバイクと名付けた）、タービンエンジンを搭載した初の量産型オートバイである。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を搭載し、約283kW（380bhp）の出力を誇る。最高速度は365km/h（227mph）を記録し（一部の話では、テストチームがテスト中に道路が尽きたとも言われている）、最もパワフルな量産型オートバイ、そして最も高価な量産型オートバイとしてギネス世界記録に認定されており、価格は18万5000米ドルである。
第三帝国国防軍陸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ガスタービンエンジンの設計を数多く研究した。装甲戦闘車両の推進に使用することを目的とした最初のガスタービンエンジン設計であるBMW 003ベースのGT 101は、パンター戦車への搭載を想定していた。[ 101 ]戦争末期には、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。[ 102 ]
装甲戦闘車両にガスタービンが使用された2例目は1954年で、CAパーソンズ社が戦車用に特別に開発したPU2979ユニットがイギリスのコンカラー戦車に搭載され、試験が行われた。[ 103 ]ストリズヴァグン103は1950年代に開発され、タービンエンジンを使用した最初の量産型主力戦車であるボーイングT50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やアメリカのM1エイブラムス戦車などの主動力装置として使用されている。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ているモデルは、特にアイドリング時に同等のディーゼルエンジンよりも燃費が悪く、同じ戦闘航続距離を達成するにはより多くの燃料が必要となる。 M1の派生型では、この問題に対処するため、停車中に戦車のシステムに電力を供給するバッテリーパックまたは補助発電機が採用され、主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している。T-80は、航続距離を延長するために3つの大型外部燃料ドラムを搭載できる。ロシアは、ディーゼルエンジン搭載のT-90（T-72をベースとしている）を優先してT-80の生産を中止したが、ウクライナは、ガスタービン戦車とほぼ同等の出力を持つディーゼルエンジン搭載のT-80UDとT-84を開発した。フランスのルクレール戦車のディーゼル動力装置には、「ハイパーバー」ハイブリッド過給システムが採用されており、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力を達成できる。このシステムにより、より小型で軽量のエンジンを戦車の動力装置として使用でき、ターボラグを効果的に解消できる。この特殊なガスタービン／ターボチャージャーは、通常の補助動力装置（APU）として、メインエンジンとは独立して動作することも可能です。
タービンエンジンは、構造がシンプル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、メンテナンスも容易ですが、実際には、タービン部品は回転速度が速いため、摩耗率が高くなっています。タービンブレードは塵や細かい砂に非常に敏感なため、砂漠地帯での運用では、エアフィルターを1日に数回取り付け、交換する必要があります。フィルターの取り付けが不適切であったり、弾丸や砲弾の破片がフィルターを貫通したりすると、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）もフィルターの適切なメンテナンスが必要ですが、フィルターが故障した場合の耐久性はタービンエンジンよりも高いです。
戦車に使用される現代のディーゼルエンジンのほとんどと同様に、ガスタービンエンジンは通常、多燃料エンジンである。
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、それによって得られる船舶の加速性能および迅速な出航能力が高く評価されている。
ガスタービンを動力源とする最初の海軍艦艇は、1947年に改造されたイギリス海軍のモーター砲艦MGB 2009（旧MGB 509 ）でした。メトロポリタン・ヴィッカース社は、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。蒸気砲艦グレイ・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。[ 104 ] 1953年に建造されたボールド級高速哨戒艇ボールド・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艦艇でした。[ 105 ]
初めて大規模で部分的にガスタービンを動力源とした艦船は、蒸気機関とガスタービン機関を組み合わせた動力源を備えたイギリス海軍の81型（トライバル級）フリゲート艦であった。最初の艦であるHMSアシャンティは1961年に就役した。
ドイツ海軍は1961年、世界初のディーゼル・ガス複合推進システムを搭載した、ブラウン・ボベリ社製のガスタービン2基を備えたケルン級フリゲート艦を進水させた。
ソ連海軍は1962年、ガスタービン4基を搭載した複合ガス推進システムを備えたカシン級駆逐艦25隻のうち最初の1隻を就役させた。これらの艦艇は4基のM8Eガスタービンを使用し、54,000～72,000kW （72,000～96,000馬力）の出力を発生した。これらの艦艇は、ガスタービンのみを動力源とする世界初の大型艦艇であった。
デンマーク海軍は、1965年から1990年まで、6隻のSøløven級魚雷艇（イギリスのBrave級高速哨戒艇の輸出型）を運用していた。これらの魚雷艇には、合計出力9,510kW （12,750shp ）のBristol Proteus（後にRR Proteus）舶用ガスタービン3基と、低速時の燃費向上を目的とした出力340kW （460shp）のGeneral Motors製ディーゼルエンジン2基が搭載されていた。[ 106 ]また、彼らは、ソレヴェン級の潜水艦と同じ9,510 kW (12,750 shp)のロールス・ロイス・マリン・プロテウス・ガスタービンを3基と、低速時の燃費向上のため600 kW (800 shp)のゼネラルモーターズ製ディーゼルエンジンを2基搭載した、ウィレモエス級魚雷/誘導ミサイル潜水艦10隻（1974年から2000年まで運用）も製造した。[ 107 ]
スウェーデン海軍は、 1966年から1967年にかけて、それぞれ3,210 kW (4,300 shp)の出力を持つブリストル・シドレープロテウス 1282 タービン3 基を搭載したスピカ級魚雷艇を 6 隻建造した。その後、同じエンジンを搭載した改良型ノールショーピング級魚雷艇 12 隻が加わった。後部の魚雷発射管を対艦ミサイルに換装したこれらの艦艇は、最後の艦が 2005 年に退役するまでミサイル艇として運用された。[ 108 ]
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。両艦には1基の16,410kW （22,000shp ）ロールス・ロイス・オリンパスTM1ガスタービンと、低速航行用のヴァルチラ製舶用ディーゼルエンジン3基が搭載されていた。両艦はフィンランド海軍最速の艦艇であり、通常35ノット、海上公試では37.3ノットの速度を達成した。トゥルンマー級は2002年に退役した。カルヤラは現在トゥルクで博物館船として公開されており、トゥルンマーはサタクンタ工科大学の浮体式機械工場兼訓練船として使用されている。
次に登場した主要な海軍艦艇は、1972年に就役したカナダ海軍のイロコイ級ヘリコプター搭載駆逐艦4隻である。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750kW発電機を使用していた。
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・サッチャー号で、1961年に就役し、可変ピッチプロペラを使用する2基の750kW（1,000shp）タービンで駆動したカッターである。[ 109 ]より大型のハミルトン級ハイ・エンデュランス・カッターは、ガスタービンを使用する最初の大型カッターのクラスであり、その最初の船（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、タイコンデロガ級誘導ミサイル巡洋艦に動力を供給してきた。改良型ワスプ級強襲揚陸艦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。船舶用ガスタービンは、空気や燃料に含まれる海塩分、および安価な燃料の使用により、より腐食性の高い環境下で稼働する。
1940年代後半まで、世界中の船舶用ガスタービンの開発は主に設計事務所やエンジン製造工場で行われ、開発作業は英国海軍をはじめとする各国海軍が主導していた。海軍用および商船用ガスタービンへの関心は高まり続けていたものの、初期のガスタービンプロジェクトにおける運用経験の成果が十分に得られなかったため、外航商船への新規導入は限定的なものにとどまっていた。
1951年、ディーゼル電気推進の石油タンカー「オーリス」 （載貨重量トン数12,290トン）は、海上での運用条件下で主推進ガスタービンの運用経験を積むために使用され、ガスタービンで動く最初の外洋航行商船となった。この船は、アングロサクソン石油会社が作成した計画と仕様に従って、英国のヘブバーン・オン・タインのホーソーン・レスリー社で建造され、1947年のエリザベス王女の21歳の誕生日に進水した。この船は、高速エンジンの1つで重油を実験的に使用できるほか、将来的にディーゼルエンジンの1つをガスタービンに置き換えることができるように、機関室のレイアウトが設計されていた。[ 110 ]オーリス号は当初の発注通りディーゼル電気推進装置でタンカーとして3年半商業運航されたが、1951年に4基の824 kW (1,105 bhp)ディーゼルエンジン (「フェイス」、「ホープ」、「チャリティ」、「プルデンス」として知られていた) のうちの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世界初の船舶用ガスタービンエンジン、890 kW (1,200 bhp)オープンサイクルガスタービン発電機に置き換えられた。ノーサンブリア沿岸での海上試験が成功した後、オーリス号は1951年10月にヘブバーン・オン・タインを出港し、米国のポート・アーサー、そして南カリブ海のキュラソー島に向かい、44日間の航海の後にエイボンマスに戻り、歴史的な大西洋横断を成功裏に完了した。この航海中、ガスタービンはディーゼル燃料を燃焼し、意図しない停止や機械的なトラブルもなく稼働した。その後、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海里を航行した。その後、オーリス号はすべての動力装置を3,910kW （5,250shp）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運航する最初の民間船となった。
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機関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費という重要な分野で比類のない存在だった。ガスタービンは、戦闘中の軍艦に急激かつ迅速な速度変化が求められる英国海軍の艦船や世界の他の海軍艦隊ではより大きな成功を収めた。[ 111 ]
米国海事委員会は第二次世界大戦時のリバティ船を近代化する選択肢を探しており、その一つとして重型ガスタービンが選ばれた。1956年、ジョン・サージェント号は船体が延長され、排気ガス再生、減速ギア、可変ピッチプロペラを備えたゼネラル・エレクトリック社製の4,900 kW (6,600 shp)の重型ガスタービンが搭載された。同船は9,700時間稼働し、そのうち7,000時間は残余燃料 (バンカーC ) を使用した。燃料効率は蒸気推進と同等の0.318 kg/kW (0.523 lb/hp) /時であり、[ 112 ]北海航路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、出力は予想よりも高い5,603 kW (7,514 shp)となった。これにより、この船は元の動力装置での11ノットから18ノットの速度能力を獲得し、目標の15ノットを大きく上回りました。船は航路で多少の荒天に見舞われたものの、平均速度16.8ノットで最初の大西洋横断を達成しました。バンカーC燃料は品質が極めて重要であったため、適切な燃料は限られた港でしか入手できませんでした。燃料油は船上で不純物を減らすために処理する必要がありましたが、これは当時自動化には適さない、労働集約的なプロセスでした。最終的に、新しく未試験の設計であった可変ピッチプロペラが、3年連続の年次検査で応力亀裂が発見されたため、試験を終了させました。しかし、これは船舶推進ガスタービンのコンセプトに悪影響を与えるものではなく、試験全体としては成功でした。この試験の成功により、GEは重油を使用する船舶用HDガスタービンの開発をさらに進める道が開かれました。[ 113 ]ジョン・サージェント号は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。これらの船は2基のアリソン501 -KFガスタービンで駆動されていた。[ 114 ]
1971年から1981年にかけて、シートレイン・ラインズは、26,000トンDWTのコンテナ船4隻で、米国東海岸の港と北大西洋を横断して北西ヨーロッパの港を結ぶ定期コンテナサービスを運航していました。これらの船は、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基で駆動されていました。同型船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名付けられていました。 1970年代半ばの石油輸出国機構（OPEC）による原油価格の大幅な値上げ後、燃料費の高騰により運航が制限されました。これらの船のエンジンシステムにいくつかの変更が加えられ、低グレードの燃料（つまり、船舶用ディーゼル）の使用が可能になりました。船舶用ガスタービンで異なる未試験の燃料を使用することで燃料費の削減は成功しましたが、燃料の変更に伴いメンテナンス費用が増加しました。 1981年以降、これらの船舶は売却され、当時より経済的なディーゼルエンジンに換装されたが、エンジンの大型化により貨物スペースが減少した。
ガスタービンを使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 ）の出力を発生し、船速31ノットで航行しました。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に合わなかったため、商用船舶におけるガスタービン推進の欠点も露呈しました。4年間の運航後、オフシーズンの運航コストを削減するために、追加のディーゼルエンジンが搭載されました。フィンジェット号は、ディーゼル電気とガス推進を組み合わせた最初の船舶でもありました。旅客船におけるガスタービンの商用利用のもう1つの例は、ステナラインのHSSクラスの高速フェリーです。 HSS 1500クラスのStena Explorer、Stena Voyager、Stena Discoveryは、GE LM2500とGE LM1600を組み合わせたガスタービンとガスタービンの複合システムを採用し、合計68,000 kW（91,000 shp）の出力を誇ります。やや小型のHSS 900クラスのStena Carismaは、ABB - STAL GT35タービンを2基搭載し、総出力は34,000 kW（46,000 shp）です。Stena Discoveryは、燃料費の高騰により2007年に運航を停止しました。
2000年7月、ミレニアム号はガスタービンと蒸気タービンの両方で動力を得る最初のクルーズ船となった。同船にはゼネラル・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蒸気タービン発電機をCOGES（ガス・電気・蒸気併用）構成で稼働させていた。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基による電動式であった。客船RMSクイーン・メリー2号 はディーゼルとガスの併用構成を採用している。[ 115 ]
海洋レース用途では、2010年型C5000ミスティック・カタマラン「ミスGEICO」は、動力システムに2基のライカミングT-55タービンを使用している。
ガスタービン技術は、その黎明期から着実に進歩を続け、現在も進化を続けています。開発は、より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を積極的に生み出しています。こうした進歩を支えているのは、コンピュータベースの設計（特に計算流体力学と有限要素解析）と、先進材料の開発です。例えば、優れた高温強度を持つ基材（降伏強度異常を示す単結晶超合金など）や、構造材料をますます高温から保護する遮熱コーティングなどが挙げられます。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、そしてエンジン部品のより優れた冷却が可能になります。
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を大幅に向上させること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で使用される主要な計算ツールの1つです[ 116 ] [ 117 ]。
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（または回収）、および再加熱を組み込むことで実質的に2倍になった。もちろん、これらの改善は初期費用と運転費用の増加を伴うものであり、燃料費の減少が他の費用の増加を相殺しない限り正当化できない。比較的低い燃料価格、業界全体で設置費用を最小限に抑えたいという一般的な願望、そして単純サイクル効率が約40パーセントにまで大幅に向上したことで、これらの変更を選択する意欲はほとんどなくなった。[ 118 ]
排出ガス面では、NOx排出量を削減し最新の排出規制を満たすために、タービン入口温度を上げると同時にピーク火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1,600 ℃（2,900 °F）のタービン入口温度を達成し、総熱効率が60%を超える460MWのガスタービン複合サイクル発電用途でも同様の成果を上げた。[ 119 ] [ 120 ]
1990年代に、コンプライアントフォイルベアリングがガスタービンに商業的に導入されました。これらは10万回以上の起動・停止サイクルに耐えることができ、オイルシステムが不要になりました。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、配電や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技術の開発が可能になりました。
ガスタービンエンジンの利点と欠点は以下のとおりです。[ 122 ]
利点としては、以下のようなものがあります。
デメリットとしては、以下のような点が挙げられます。
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、英国、ドイツ、その他の国および国際的な試験規格が使用されています。使用する試験規格の選択は、購入者と製造業者間の合意であり、タービンおよび関連システムの設計に一定の影響を与えます。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作成しています。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おい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特徴的な点は、測定の試験不確かさが試験の品質を示すものであり、商業的な許容値として使用すべきではないということです。
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