ハンス・フォン・オハイン

ハンス・フォン・オハイン
1970年代のハンス・フォン・オハイン
生まれる	ハンス・ヨアヒム・パブスト・フォン・オハイン ( 1911-12-14 )1911年12月14日 デッサウ、アンハルト公国、ドイツ帝国
死亡	1998年3月13日(1998-03-13)（享年86歳） メルボルン、フロリダ州、米国
教育	ゲッティンゲン大学
職業	エンジニア（ジェット推進）
配偶者	ハニー・フォン・オハイン
子供たち	4

ハンス・ヨアヒム・パブスト・フォン・オハイン（1911年12月14日 - 1998年3月13日）は、ドイツの物理学者、技術者であり、ターボジェットエンジンを搭載した最初の航空機の設計者であった。^[1]フランク・ホイットル、アンゼルム・フランツ とともに、彼はターボジェットエンジンの共同発明者と言われている。しかし、歴史的な年表によると、1930年1月にホイットルがターボジェットエンジンの最初の特許を申請し、1937年4月に最初のエンジンのテストに成功したとき、フォン・オハインはまだ大学生であり、フォン・オハインより約6か月早かった。さらに、1935年にエンジンを設計して独自の特許を申請する前に、フォン・オハインはホイットルの特許を読んで批評していた。^{[2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]}フォン・オハインは伝記の中で「ジェット推進への私の興味は、1933年秋、ゲッティンゲン大学の7学期目に始まりました。私より前に同じ考えを持っていた人がたくさんいたとは知りませんでした。」と述べています。^[3]ホイットルとは異なり、フォン・オハインは航空機メーカーのハインケルから支援を受けるという大きな利点があり、同社が彼の研究に資金を提供しました。

1935年にフォン・オハインはエンジン全体のレイアウトを設計した際、コンパクトさを重視して遠心インペラ（遠心圧縮機またはラジアル圧縮機）とラジアル流入タービンを採用した。^[9]

最終的に、この構成には生産に投入するには欠点が多すぎたが、ハインケル航空機会社の膨大な資源の助けを借りて開発されたバージョンはHe-178に動力を供給するのに十分であり、1939年8月27日、フォン・オハインは航空機に動力を供給する世界初のガスタービンの設計者として歴史に名を残した。

オハインは遠心設計にこだわり、遠心/軸流複合型HeS8や011などハインケルの他のプロジェクトにも研究を貢献したが^[10] 、最終的に彼の設計はどれも生産されなかった。競合するユンカースやBMWのドイツ人設計者たちは軸流設計レイアウトを採用し、彼らのエンジンは生産されたが、基本的な出力と耐久性の問題のいくつかは解決されなかった。それでもオハインは故郷ドイツで世界初のジェットエンジン産業を立ち上げ、1945年までに多くの試作機と量産機が作られた。

フォン・オハインはホイットルより少し遅れてターボジェット設計に参入し、ホイットルがイギリスでWUエンジンを製造していたのと同じ時期に、最初のターボジェットエンジンの設計に取り組み始めた。彼らのターボジェット設計は同時発明の例であると言われることもある。 ^[11]しかし、フォン・オハインは伝記の中で、1935年に自身の特許を準備している間（エンジンの製造を開始する前）、弁護士からホイットルの特許のコピーをもらい、それを読んで批評したと説明している。その結果、ホイットルの設計を侵害しないように自分の申請書を修正せざるを得なくなった。^[12]

オハインの最初のジェットエンジンであるハインケルHeS1のコアは、彼が「水素テストエンジン」と呼んだもので、オハインによれば「3月か4月上旬」に稼働した（ただしエルンスト・ハインケルの日記には1937年9月と記録されている）。^{[13] [14]}

水素試験エンジンの作業は継続されたが、エンジンは過熱問題を解決し、液体燃料で自立して作動できるように燃料システムを装着するための改造が必要であったが、これは1937年9月に達成された。^{[15] [16]ハインケルの強力な支援により、オハインのジェットエンジンは1939年に}ハインケルHe 178航空機に搭載された最初の航空機用エンジンとなり、続いて1941年にホイットルのエンジンがグロスターE.28/39に搭載された。 ^[17] ドイツとイギリスの両国からのターボジェットエンジン搭載戦闘機は、1944年7月に事実上同時に実戦投入された。Me 262は1944年7月26日、グロスター ミーティアは7月27日であった。 ^{[18] [19] [20] [21]} Me 262は初の実用ジェット戦闘機で、数百機が飛行戦闘に参加したが、数十機のミーティアは限定的に活動した。

フォン・オハインとホイットルはともに軸流圧縮機の存在を知っていたが、第二次世界大戦が終わるまで、それぞれハインケルHe178とグロスターE.28/39に動力を供給する遠心圧縮機エンジンの改良に専念していた。軸流圧縮機ジェットエンジンは、アンゼルム・フランツ（ユンカース）とヘルマン・エストリッチ（BMW）によって並行して開発され、同様のユモ004とBMW003エンジンを設計した。^{[22] [23]}これらの設計は、1950年代までにほとんどのメーカーに採用された。^{[24] [25]}

戦後、二人は出会い友人となり、「ターボジェットエンジンの独自の開発」によりチャールズ・スターク・ドレイパー工学賞を受賞した。 ^{[26] [27]}

ドイツのデッサウ生まれの^{[28]オハインは、1930年に}ダーレムのアルント・ギムナジウムで高校を卒業し、 1935年にゲッティンゲン大学で物理学の博士号を取得した。彼の論文は「光マイクの白色光干渉光リレーで音を直接フィルムに記録する」と題され、これが彼の最初の特許につながった。^{[29]ゲッティンゲン大学は当時、航空研究の主要な中心地の1つであり、オハインは}ルートヴィヒ・プラントルの講義に出席していた。^{[30] 1933年、まだ学生だった彼は「}プロペラを必要としないエンジン」と彼が呼ぶものを考案した。^[28]

1935年に博士号を取得した後、オハインは当時大学の物理学研究所所長であったロバート・ウィチャード・ポールの助手になった。1936年、ポールの下で働いている間に、オハインは彼独自のジェットエンジン「飛行機を推進するための気流を生成するプロセスと装置」の特許を登録した。^[31]フランク・ホイットルのパワージェットWU設計の軸流タービンとは異なり、オハインは遠心圧縮機と連動してラジアルインフロータービンを使用し、それらを背中合わせに配置し、ローターの周囲を環状の燃焼空間で包み込んだ。

大学で働いている間、オハインはスポーツカーを地元のガレージ、バートレス・アンド・ベッカーに整備してもらうのが常だった。そこで自動車整備士のマックス・ハーンと出会い、最終的に500  ℛ︁ℳ︁で彼のエンジンのデモモデルを製作してもらうよう手配した。完成したモデルは、ホイットルの1937年の完全に動作するエンジンよりも直径が大きく、はるかに短かった。オハインはそのモデルをテストのために大学に持ち込んだが、ガソリン燃料の燃焼に問題が生じた。燃焼は主にタービンの後で起こり、排気ダクトから炎が噴き出していた。タービンの前で燃焼が起こらなかったため、エンジンは電動モーターの助けなしには作動できず、その後電動モーターが過熱した。

フォン・オハイン氏によると、「ジェット エンジンへの私の興味は、1933 年頃に始まりました。ピストン エンジンとプロペラの組み合わせによる大きな振動と騒音によって飛行の優雅さが損なわれていることに気付きました。私は、一定の作業プロセス、つまり一定の圧縮、燃焼、膨張が大きな利点になるという結論に達しました。そこで、非常に単純なエンジン、つまりラジアル タービンを備えたラジアル コンプレッサーを選択しました。」

しかし、マックス・ハーンと研究所の中庭で製作しテストした模型では、燃焼室にさらなる開発が必要であることがわかった。その結果、ポールとオハインはハインケルを「新しいアイデアから逃げない」人物として評価することにした。^[32]

1936年2月、ポールはエルンスト・ハインケルに手紙を書き、オハインの設計とその可能性について伝えた。ハインケルは彼のエンジニアとオハインの会合を手配し、その中で彼は当時の「ガレージエンジン」は決して機能しないが、その基礎となったコンセプトは健全であると主張した。エンジニアたちは納得し、4月にオハインとハーンはロストック郊外のヴァルネミュンデにあるマリーネエ飛行場でハインケルのために働き始めた[ 33 ^]。

特別開発部門でエンジニアのグンダーマンとハーンと働いていたフォン・オハインは次のように述べている。「耐久性が不明な燃焼室を飛行可能な状態にするという目標のプレッシャーの下、水素燃料を使用することでタービンの問題と燃焼室の問題を分離するというアイデアを思いつきました。物理学者として、私はもちろん、ガス状水素の拡散と燃焼速度がガソリンよりも大幅に速いことを知っていました。」^[32]

モデルの空気の流れを研究した結果、2 か月の間にいくつかの改良が行われました。これらの発見に勇気づけられたオハインは、外部の加圧源から供給される水素ガスで作動する新しいプロトタイプを製作しました。その結果生まれた Heinkel-Strahltriebwerk 1 (HeS 1) (ドイツ語でハインケル ジェット エンジン 1) は、現場の監督者の不満をよそに、社内の優秀な機械工を厳選して製作されました。一方、ハーンは、ある程度の経験がある燃焼の問題に取り組みました。

エンジンは極めてシンプルで、主に金属板で作られていた。村の鍛冶屋によって 1936 年の夏の終わりに建設が開始され、1937 年 3 月に完成した。2 週間後、エンジンは水素で稼働したが、高温の排気ガスにより金属がかなり「燃え」てしまった。テストはその他の点では成功し、9 月に燃焼器が交換され、エンジンは初めてガソリンで稼働した。ガソリンで稼働すると燃焼器が詰まった。エンジンは飛行可能な品質の設計を意図したものではなかったが、基本概念が機能することが疑う余地なく証明され、オハインはついにホイットルに追いついた。資金と業界の支援が大幅に増えたオハインは、すぐにホイットルを追い抜いて前進することになる。

オハインはホイットルの研究について知らなかったとよく言われている。^[34]厳密に言えばこれは真実かもしれないが（1937年4月12日にイギリス空軍のエンジニアが世界初のジェットエンジンを稼働させたラッターワースでのホイットルの実験については知らなかった）、それでもオハインは自身の特許出願を準備中でありエンジンの製造を開始する前に、弁護士からホイットルの特許のコピーを受け取っていた。

オハインは伝記の中で、ホイットルのデザインを率直に批判している。^[35]

「ホイットルの特許を見たとき、私はそれが境界層吸引の組み合わせと関係があるとほぼ確信しました。それは、エンジンの観点から見ると怪物のように思える、2 フロー、デュアル エントランス フローのラジアル フロー コンプレッサーでした。そのフロー反転は私たちにとっては望ましくないもののように見えましたが、後には、多少の不安定性の問題はあるものの、それほど悪くないことがわかりました... ホイットルが特定のことを示したため、私たちの特許請求範囲はホイットルのものより狭くする必要がありました。」その後、彼は、ホイットルの研究に関する彼らの知識を、ある程度理解できるように次のように正当化しました。「私たちは、それがアイデアの特許のように見えたと感じました... 真剣に取り組まれていないと思いました。」

1937年2月、タービンセクションは試験台で稼働していた。フォン・オハインによれば、「我々は当時、航空機に動力を供給できる機械、He-S3Bの前身に取り組んでいた。私は水素ユニットのときと同じように、燃焼室をコンプレッサーとタービンの間に配置するつもりだったが、ハーンはそれを前に置くことを提案した。これは素晴らしいアイデアだった。」He-S3タービンは、エーリッヒ・ヴァルジッツとヴァルター・キュンツェルによってハインケルHe 118で試験飛行され、従来のエンジンに追加のスロットル推力を提供した。^{[32] : 120}

HeS 1 の作業が続く一方で、ポール＝オハイン チームは既に飛行可能なエンジンであるHeS 3の設計に着手していました。主な違いは、曲げて折り畳んだ金属板の代わりに機械加工されたコンプレッサーとタービン段を使用したことと、環状燃焼器をコンプレッサーとタービンの間の広い隙間に配置することでエンジンの断面積を減らすレイアウトの再配置でした。元のタービンは小さすぎて効率的に動作しませんでした。

1939 年の初め、He-S3A は He 178 の機体に取り付けられ、 1939 年 7 月 3 日にロゲンティンで展示されました。しかし、このタービンはまだ飛行できるほどのパワーはありませんでした。フォン・オハインによると、「私たちは、コンプレッサーのディフューザーとタービンのノズル ベーンを改造して推力を十分に高め、航空機を初飛行のデモンストレーションに適格にするために、さまざまな組み合わせを試しました。エンジンの後ろに小さなディフューザーを設置し、カラーとスプリッターで流れをそらす方が、チューブ全体を高速で流れるよりもうまく機能することがわかりました。変更の最終結果が He-S3B でした。」^{[32] : 122–123}

新しい設計であるHeS 3bが提案され、^[33]燃焼器の前部を圧縮機の外縁の前に配置することで燃焼器を長くした。オリジナルのHeS 3設計ほど小さくはないが、3bはかなりコンパクトだった。3bは1939年7月に初めて稼働し（一部の文献では5月としている）、ハインケルHe 118 急降下爆撃機の試作機に載せて空中テストされた。オリジナルの3bエンジンはすぐに燃え尽きたが、2つ目のエンジンが完成に近づいたのとほぼ同時期に、新しいテスト機体であるハインケルHe 178が完成し、1939年8月27日に初飛行した。これはテストパイロットの エーリッヒ・ヴァルジッツによって飛行した最初のジェット推進航空機であった。ハインケルは1939年5月31日に特許を申請していた：US2256198 Espacenet - オリジナル文書、「航空機動力装置」、発明者マックス・ハーン。この特許がドイツで最初に申請されたのは 1938 年 5 月でした。

すぐに大型バージョンの作業が開始され、最初は単にHeS 3bを大きくしたHeS 6で、次にHeS 8として知られる新しい設計で、全体のレイアウトが再び変更されました。コンプレッサーとタービンは、間に環状の燃焼室を収めるのに十分な長さの大径ドラムで接続されていました。このエンジンはハインケルHe 280 戦闘機に搭載する予定でしたが、機体の開発はエンジンよりもはるかにスムーズに進み、エンジンの作業が続く間、滑空テストに使用する必要がありました。飛行品質のHeS 8は1941年3月下旬に搭載され、4月2日に初飛行が行われました。3日後、ナチスとRLMの役員の前で航空機がデモンストレーションされ、全員が感銘を受けました。すぐに完全な開発資金が続きました。

この時点で、ドイツでは数多くのターボジェットの開発が行われていました。ハインケルはそのコンセプトに感銘を受け、軸流圧縮機駆動の設計を開発していたユンカースからアドルフ・ミュラーのプロジェクトへの異動を手配しました。この設計はハインケル HeS 30と改名されました。ユンカースがユンカース・モトーレン社を買収した後、ミュラーはユンカースを去りました。ユンカース・モトーレン社では独自のプロジェクトが進行中で、この時までにユンカース ユモ 004として知られていました。一方、BMW は独自の設計であるBMW 003で順調な進歩を遂げていました。

1942年初頭、HeS 8、正式には109-001 (HeS 001) の開発は依然として進んでいなかった。一方、ミュラーのHeS 30、正式には109-006 (HeS 006) は、はるかに急速に開発が進んでいた。しかし、どちらのエンジンも生産準備が整うまでにはまだ時間がかかり、003と004は準備が整っているように見えた。1942年初頭、RLMのジェット開発ディレクター、ヘルムート・シェルプは、両方の設計に対するさらなる資金提供を拒否し、ハインケルに、最終的にハインケルHeS 011となる、彼自身の新しい「お気に入りプロジェクト」に取り組むよう命じた。これはシェルプの「クラスII」エンジンの中で最初に順調に動作し始めたものであったが、戦争が終わった時点で生産はまだ始まっていなかった。HeS 8の開発はしばらく続いたが、1943年春に最終的に放棄された。

フォン・オハインにとっての課題の 1 つは、開発可能な実用的なターボジェットの設計方法でした。彼の主な設計は、ラジアル流入タービンを備えた遠心圧縮機で構成されていましたが、この設計は実用的ではないことが判明し、結果として多大な努力にもかかわらず、生産されることはありませんでした。

比較すると、ホイットルの遠心流エンジンは、直流と逆流の両方の構成（ロールスロイスによってさらに開発）で、第二次世界大戦中の連合軍ジェット機すべてと、戦後間もない戦闘機の大部分に搭載された。オーストラリア、フランス、米国を含む多くの国でライセンス生産され、ロシアと中国ではミグ15とミグ17の動力源として模倣された。ホイットルの基本的な逆流設計は、今日でも最も一般的なガスタービン構成であり、アリソン（RR）250/300とプラット・アンド・ホイットニーPT6シリーズのエンジンの形で80,000台以上が製造されている。^{[36] [37] [38]}

しかし、フォン・オハインはHE S011の発明において、ターボプロップ機やヘリコプターとともに、今日のほとんどのビジネスジェット機に軸方向と放射状の設計を組み合わせた標準的なコンセプトを導入した。^[39]

1947年、オハインはペーパークリップ作戦でアメリカに連れてこられ、ライト・パターソン空軍基地でアメリカ空軍に勤務した。^{[28] 1956年に}空軍航空研究所の所長に任命され、1975年には同研究所の航空推進研究所の主任科学者となった。^[28]

ライト・パターソンでの仕事中、オハインはさまざまなテーマで個人的な研究を続けた。1960年代初頭、彼は核燃料を保持しながら作動質量を排気ガスとして使用できるガスコア原子炉ロケットの設計にかなりの時間を費やした。この役割に必要なエンジニアリングは、遠心分離機やポンプなど、さまざまな「現実的な」目的にも使用されました。オハインは後に、これらの設計の基本的な質量流技術を使用して、可動部品のない魅力的なジェットエンジンを開発しました。^[40]このエンジンでは、エンジンを通る気流が安定した渦を作り出し、それがコンプレッサーとタービンの役割を果たしました。

質量流への関心から、オハインは発電のための磁気流体力学（MHD）を研究するようになり、 ^[41]石炭火力発電所からの高温ガスは燃焼室から出るときにその速度から電力を抽出でき、通常の蒸気タービンを動かすのに十分な熱さを保っていることに気づいた。こうしてMHD発電機は石炭からさらに電力を抽出でき、効率を高めることができる。残念ながら、この設計は適切な材料、すなわち化学的に活性な排気にも耐えられる高温非磁性材料が不足しているため、構築が困難であることが判明した。オハインは他の電力関連の概念も研究した。^[42]

彼はまた、「ジェット ウィング」というアイデアを発明しました^[43]。これは、ジェット エンジンのコンプレッサーからの空気を翼の大きな「拡張」通気口に流して、VTOL航空機に揚力を与えるというものです。少量の高圧空気がベンチュリーに吹き込まれ、今度はそれとともに大量の空気が吸い込まれ、「推力増強」につながります。このコンセプトはロックウェル XFV-12実験機に使用されましたが、VTOL 航空機に対する市場の関心は長くは続きませんでした。彼は他のいくつかの特許にも参加しました。^[44]

オハインは、 WP-AFBの教え子の一人であるポール・ベビラクアの思考を数学から工学へと転換させる影響を与え、^{[45]後にベビラクアは}JSF F35B STOVL用のロールスロイス・リフトシステムを発明することができた。「学校では駒の動かし方を学び、ハンスはチェスの遊び方を教えてくれました」。^{[46]オハインはベビラクアに「それらの}TSダイアグラムが実際に何を意味するのか」も示した。^[47]

オハインは1979年にライト・パターソンを退職し、近くのデイトン大学で推進力と熱力学を教える准教授の職に就き、^[33] 1981年から1983年にかけての冬期講習ではフロリダ大学で同じ科目を教えた。オハインは1992年までデイトン大学に在籍したが、健康上の懸念から妻のハニーとともにフロリダ州メルボルンに転居した。^[48]

オハインはそのキャリアの中で、アメリカ航空宇宙学会（AIAA）ゴダード宇宙賞、アメリカ空軍優秀民間人賞、優秀民間人賞、ユージン・M・ズッカート経営賞、空軍特別功労賞、そして引退直前には名誉表彰など、多くの工学および経営の賞を受賞している。1984年から1985年にかけて、オハインは国立航空宇宙博物館の競争率の高い上級研究員である航空宇宙史のチャールズ・A・リンドバーグ教授を務めた。^{[49] 1991年、オハインとホイットルはターボジェットエンジンに関する研究で}チャールズ・スターク・ドレイパー賞を共同受賞した。オハインは米国工学アカデミー（NAE）の会員に選出された。^[28]

オハインは、1992 年に「航空宇宙工学の分野における顕著な貢献」に対して、ドイツ航空宇宙協会(ドイツ航空宇宙協会)からルートヴィヒ・プラントル・リング賞を受賞した。^[50]

1982年、オハインはサンディエゴ航空宇宙博物館の国際航空宇宙殿堂入りを果たした。^[51]

1990年、オハインはアメリカ航空殿堂入りを果たした。^[52]

オハインは1998年にフロリダ州メルボルンで86歳で亡くなった。 ^[53]彼には妻と4人の子供が残された。^[54]彼の息子の一人、クリストファー・フォン・オハインはアメリカ海兵隊に入隊した。クリストファーの息子、ハンス・クリストファー・フォン・オハインはアメリカ海兵隊に入隊したが、2022年に自動車事故で亡くなった。^[55]

• ドイツの発明家と発見者のリスト
• ネイサン・C・プライス
• フランク・ホイットル

• ロバート F. ドール (2013)。ヒトラーのジェット機との戦い。ヴォイジャープレス。ISBN 978-0-7603-4398-2。
• リステマン、フィル H. (2016)。グロスター メテオ FI & F.III. フィリディション。ISBN 978-2-918590-95-8。
• ニューフェルド、ジェイコブ（1997年）。テクノロジーと空軍：回顧的評価。DIANE出版。pp.7-8。ISBN 1-4289-1358-0。

• ハンス・フォン・オヘイン、米国飛行100周年委員会。
• ハンス・フォン・オハインのロストック・マトリケルポータルへのエントリー
• Find a Grave のHans von Ohain