ジェット機

ジェット機（または単にジェット機）とは、1基以上のジェットエンジンによって推進される航空機のことである。ジェット機はほぼ常に固定翼機であるが、民間用と軍事用の両方で、多種多様なジェット機が存在する。 

ほとんどのジェット機は、効率的な飛行を実現するために、超音速または音速に近い速度（遷音速）で飛行する必要があります。通常、ジェット機はマッハ0.8（時速981km、610マイル）前後、高度10,000～15,000m （33,000～49,000フィート）以上で巡航します。この高度では、ジェットエンジンが最も効率的に作動します。これは、はるかに低い速度と高度で最高の効率を達成するプロペラ機とは対照的です。      

ジェット機は通常、ウィットコム面積則に基づいて設計される。この法則は、航空機の断面の総面積がシアーズ・ハック胴体の断面積とほぼ同じでなければならないと定めている。この法則を適用することで、エネルギーを浪費する衝撃波の発生を最小限に抑えることができる。

イギリスの発明家でイギリス空軍士官のフランク・ホイットルは1928年に実用的なジェットエンジンの開発に着手し^{[ 1 ]} 、一方ドイツのハンス・フォン・オハインは1930年代初頭に独自に同様の概念の研究を始めた。こうして1939年8月、世界初のジェット機であるハインケルHe 178が初飛行を行った。

最初の動力飛行機が飛行した後、数多くのジェット設計とアプローチが提案されました。たとえば、ルネ・ロリン、O・モリス、HS・ハリスは、ジェット噴流を生成するためのさまざまなシステムを提案しました。^{[ 2 ]}さらに、1920年代と1930年代には、さまざまなモータージェット、ターボプロップ、パルスジェット、ロケット動力の航空機が設計されました。

ドイツではロケットエンジンの研究が進められており、1928年にはそれまでグライダーとして飛行していたリッピッシュ・エンテが、ロケット動力で飛行した最初の航空機となった。 ^{[ 3 ]}翌年の1929年には、オペルRAK.1が、専用に設計された最初のロケット航空機として飛行した。

ターボジェットエンジンは、1930年代にフランク・ホイットルと、後にハンス・フォン・オハインによって独自に開発されました。最初に飛行したターボジェット機は、1939年8月27日にドイツのロストックでフォン・オハインの設計で動力を得たハインケル He 178でした。 ^{[ 4 ]}しかし、「クリープ」（エンジン内部の高温による金属疲労）により、エンジンはすぐに焼き切れてしまいました。ホイットルの遠心流エンジンとは対照的に、軸流エンジンであるフォン・オハインの設計は、最終的に1950年代までにほとんどのメーカーに採用されました。^{[ 5 ] [ 6 ]}

世間の注目を集めた最初のジェット推進航空機は、1940年8月27日に飛行したイタリアのCaproni Campini N.1モータージェット試作機であった。 ^{[ 7 ]} Secondo Campiniは1932年にモータージェットの開発を開始した。この設計は、タービンガスの燃焼ではなく、ピストンエンジンによってタービンが駆動されるという点で、真のターボジェットとは異なっていた。

イギリスの実験機グロスターE.28/39は、サー・フランク・ホイットルのターボジェットエンジンを搭載し、1941年5月15日に初飛行した^{[ 8 ]。}また、アメリカのベルXP-59Aは、ゼネラル・エレクトリック社が製造したホイットルエンジンの改良型を使用し、1942年10月1日に初飛行した。

グロスター・ミーティアは最初の量産型ジェット機でした。このジェット機の試作機は1943年3月5日に初飛行し、最初の量産機は1944年1月12日に完成しました。^{[ 9 ] [ 10 ]}

高温ガスを噴射することで作動するエンジンにはいくつかの種類がある。

• ターボジェット
• ターボファン
• ラムジェット
• ターボプロップ

エンジンの種類ごとに、それぞれ異なる目的を果たす。

ターボジェットエンジンは排気速度が速く、前面断面積が小さいため、超音速飛行に最適です。かつては広く使用されていましたが、亜音速飛行においてはターボプロップエンジンやターボファンエンジンに比べて効率が劣ります。ターボジェットエンジンを使用した最後の主要航空機は、コンコルドとTu-144超音速輸送機でした。

低バイパスターボファンエンジンは、ターボジェットエンジンよりも排気速度が低く、主に高音速、遷音速、低超音速域で使用されます。一方、高バイパスターボファンエンジンは比較的効率が良く、旅客機などの亜音速機に使用されています。

航空機の総合的な推進効率${\displaystyle \eta }$推進効率とは、航空機の推進剤に含まれるエネルギーが、空気抵抗、重力、加速度による損失を補うための有効エネルギーに変換される効率（パーセント）のことです。また、航空機の推進に実際に使用される機械エネルギーの割合として表すこともできます。排気による運動エネルギーの損失や、プロペラ、ジェット排気、ファンなどの推進機構の効率が理想的ではないため、常に100%未満となります。さらに、推進効率は空気密度と対気速度に大きく依存します。

数学的には、次のように表されます。${\displaystyle \eta =\eta _{\text{c}}\eta _{\text{p}}}$[ ^{15 ]}ここ^で$\displaystyle \eta _{\text{c}}$はサイクル効率であり、${\displaystyle \eta _{\text{p}}}$は推進効率です。サイクル効率（パーセント）は、エネルギー源から得られるエネルギーのうち、エンジンによって機械エネルギーに変換される割合です。

ジェット機の場合、推進効率（実質的にはエネルギー効率）は、エンジンが排気ジェットを機体速度と同じかほぼ同じ速度で噴射するときに最も高くなります。文献^{[ 16 ] [ 17 ]}に示されている空気吸入式エンジンの正確な式は次のとおりです。 $${\displaystyle \eta _{\text{p}}={\frac {2}{1+{\dfrac {c}{v}}}},}$$ ここで、cは排気速度、vは航空機の速度である。

成層圏を飛行する長距離ジェット機の場合、音速は一定であるため、一定の迎角と一定のマッハ数で飛行すると、局所的な音速の値を変えることなく、航空機は上昇します。この場合： $${\displaystyle V=aM,}$$ どこ${\displaystyle M}$は巡航マッハ数であり、${\displaystyle a}$局所的な音速。距離の式は次のように表せる。$${\displaystyle R={\frac {aM}{c_{T}}}{\frac {C_{L}}{C_{D}}}\ln {\frac {W_{1}}{W_{2}}},}$$これは、フランスの航空パイオニアであるルイ・シャルル・ブレゲにちなんで、ブレゲの航続距離方程式 として知られています。

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• 超軽量ジェット機– 重量10,000ポンド未満の小型ジェット機のクラス。 
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• エーリッヒ・ヴァルジッツ（世界初のジェットパイロット）の公式ウェブサイトには、貴重な映像（ハインケルHe178）や音声解説などが掲載されています。