4発エンジンのジェット機

4発ジェット機は、クアッドジェットとも呼ばれ、 4つのエンジンで駆動するジェット機である。エンジンが4つあることで出力と冗長性が向上し、このような航空機は旅客機、貨物機、軍用機として使用できる。最初に専用に製造されたジェット旅客機の多くは4つのエンジンを搭載しており、その中には世界初の商用ジェット旅客機であるデ・ハビランド コメットがある。 ^{[1]導入後の数十年間で、信頼性の向上に伴い迂回空港からより遠くまで飛行するために}双発ジェット機が承認されたことや、燃料効率が重視されるようになったことなど、さまざまな要因により、 4発ジェット機の使用は徐々に減少している。^[2]

4発エンジンの航空機のエンジンは、翼の下のパイロンから吊り下げられたポッドに搭載されるのが最も一般的です。 ^{[3]これは、}エアバスA340、エアバスA380、ボーイング747で確認できます。また、アントノフAn-124、ボーイングC-17グローブマスター、ロッキードC-5ギャラクシーなど、多くの軍用輸送機にもこの設計が採用されています。この位置では、エンジンは荷重を軽減する役割を果たし、翼の構造重量を15％削減できます。また、メンテナンスや交換の際にアクセスしやすい場所にあります。ただし、地上高が低いためエンジンが異物を吸い込むリスクが高くなるほか、エンジン故障時のヨーイングモーメントが大きくなるという欠点があります。^[4]超音速旅客機コンコルドでは、エンジンはパイロンを使用せず、翼の下面に沿った長方形のポッドに搭載されていました。パイロンを省略することで抗力が軽減され、パイロンに過度のストレスがかかるリスクが排除されます。^[5]

4つのポッドエンジンは後部胴体に取り付けることも可能で、その場合はT字型尾翼が必要となる。^[3]これにより客室内の騒音が低減し、翼上に高揚力装置や燃料貯蔵庫のためのスペースが確保される。また、パイロンがないため翼上の気流も乱されない。しかし、後部に搭載されたエンジンは重心を後方に移動し、燃料供給源から離れた位置にある。^[4]イリューシンIl-62とヴィッカースVC10はどちらも4つのエンジンをこの構成で搭載している。^{[6] [7]}

ジェット機は、エンジンを機体構造内に埋め込んだ設計も可能である。^[3]デ・ハビランド コメットは、主翼の付け根に4基のターボジェットエンジンを埋め込んだが、これはエンジンを埋め込む最も一般的な場所である。この設計は抗力と異物混入のリスクを軽減するが、メンテナンスが難しくなり、翼構造が複雑になる。^[4]ノースロップ・グラマン B-2 スピリットステルス戦略爆撃機は、4基のターボファンすべてを翼内に埋め込んでいる（全翼機であるため、翼が主要な構造部品である）。これにより、ファンを隠し、排気音を最小限に抑えることで、エンジンの熱特性が低減される。^[8]

ホーカー・シドレー トライデント 3B は、後部胴体の外部ナセルに 2 つのエンジンが搭載されているだけでなく、尾部に垂直に取り付けられた別の 2 つのエンジンも搭載されています。この航空機は当初、3 発ジェットとして設計されていましたが、胴体の延長、翼弦の増加、総重量の増加により追加の出力が必要になったため、トライデント 3B には 4 つ目のエンジンが追加されました。

4つのエンジンを持つことの主な利点は、冗長性が提供され、安全性が向上することです。^[2] 1つのエンジンが故障しても、残りの3つのエンジンが、故障の深刻度、高度、燃料負荷、気象条件などの要因に応じて、迂回空港に快適に到着するか、旅を続けるのに十分なパワーを提供できるため、それほど大きな問題にはなりません。^[9]ジェットエンジンの信頼性が向上したため、エンジン故障率は10万エンジン時間あたり1回の飛行中停止まで低下する可能性があり、^[10]この利点の重要性は低下しています。

1 基のエンジンが故障した場合、4 基のエンジンで失われる出力の量は、3 基または2基の場合よりも比例して少なくなります。これは、4 基のうち 3 基が機能し続けるため、推力が 25% 減少するのに対し、 3 基ジェットでは 33% 、双発では 50% 減少するためです。これは、ボーイング 747-400クアッドジェット、マクドネル ダグラス MD-11トライジェット、およびボーイング 767-300ER双発の次の例で確認できます。すべてのエンジンが最大離陸重量で動作している場合、3 機すべての出力重量比はおよそ 1 対 3.4 です。1 基のエンジンが故障すると、出力重量比は 1 対 4.7 ( 747-400 )、1 対 5.5 ( MD-11 )、1 対 6.6 ( 767-300ER ) に低下します。^[11]ボーイング747-400は性能低下が最も少なく、エンジン故障時でもより安全です。

航空機に4つのエンジンを搭載すると、出力も増加し、より多くの乗客、より重いペイロード、およびパフォーマンスの向上が可能になります。^[12]これは、初期のジェット旅客機にとって特に重要でした。当時の低バイパスターボファンとターボジェットは、現代の高バイパスターボファンに比べてはるかに非力だったからです。 1958年のプラットアンドホイットニーJT3Dの推力出力は76キロニュートン（17,000  lbf）でした。^{[13]一方、}ゼネラルエレクトリックGE90などの現代のエンジンは440キロニュートン（100,000 lbf）を超える推力を生成できるため、^[14]今日では大型の旅客機に必ずしも4つのエンジンが必要なくなったため、この利点はそれほど重要ではありません。

最大の4発エンジンジェット旅客機は、最も高い乗客収容力を備えていることで知られています。エアバスA380は、単一クラスのレイアウトで最大853人の乗客を運ぶことができます。^[15]これにより、非常に混雑した路線の需要を満たすことができ、乗客を満載してコストを分散すると、非常に収益性が高くなる可能性があります。^[12]

4つの小型エンジンは2つの大型エンジンよりも多くの燃料を消費し、運用コストを押し上げます。具体的には、^{ボーイング}747クアッドジェットは、ボーイング787ツインジェットと比較して、積載量1キログラム（2.2ポンド）あたり2.5リットル（0.66米ガロン）多くの燃料を消費します^。[ 16 ^]ジェット^燃料が総コストの大部分を占めるため、航空会社にとってクアッドジェットは魅力が薄れており、多くの航空会社がより効率的な航空機タイプに注目し始めています。^[17]

4つのエンジンは、それぞれが定期的な検査と整備を受ける必要があるため、メンテナンス費用も高くなります。旅客機のメンテナンス費用の約半分は定期的なエンジンメンテナンスから発生するため、4つのエンジンを維持するための追加費用は相当な額になります。^[18]

非常に大きな航空機が多数の乗客を運ぶ能力は、座席が埋まらない場合に欠点となる可能性がある。これは、特に航空業界がスポークハブモデルからポイントツーポイントモデルに移行しているため、新たな傾向となっている。^[12]スポークハブモデルでは、乗客は小さな郊外の地点から移動され、大きなハブに集中する。これにより、大容量の航空機が必要になる。^[19]逆に、ポイントツーポイントモデルは、乗客を出発地から目的地まで直接輸送し、乗客をさまざまなルートに分散させ、サービス航空機に必要な座席数を減らす。^[19]特に、最近^{[いつ? ]}ポイントツーポイント便を多数運航する格安航空会社の登場により、最大の航空機の座席を埋めることがより困難になっている。 ^[12]このため、これらの航空会社のワイドボディ機は、 A330や787などの容量が少なく長距離用の双発ジェット機が主流となっている。^[20]

ジェット時代以前は、旅客機はピストンエンジンを搭載していた。エンジン故障は比較的一般的であったため、4つのエンジンで冗長性を確保することは長距離飛行には重要であった。^{[21]この必要性はジェット時代の初めまで続き、初期の}ジェットエンジンから得られる推力が限られていたことと相まって、4つのエンジンを搭載した大型ジェット旅客機を設計するのが最も現実的であった。^{[4] [22]}最初の商用ジェット機は4エンジンのデ・ハビランド コメットで、1949年に初飛行した。 ^[1]しかし、1953年から1954年にかけての一連の致命的な金属疲労事故のため、コメットは飛行停止となった。^[23]これによりその評判は大きく傷つき、その後の改良から真に恩恵を受けたのは後の旅客機であった。1958年、ボーイングは707を発表し、1年後、ダグラスはDC-8を発表した。どちらのタイプも4エンジンであった。^{[24] [25]}どちらも大成功を収め、特に707はジェット機時代の到来を告げたとされています。^[26]この時期に大型旅客機が繁栄し、国内線と国際線の両方で頻繁に運航されました。^[27]

1960年代までに、4つのエンジンを搭載することで燃料効率が低下することが明らかになりました。これは、300人以上の乗客を8〜12時間運ぶ長距離路線では問題にならず、乗客マイルあたりのコスト比率が高くなりました。一方、大型の4エンジンタイプは、1日に複数回の離着陸が必要な頻繁な短距離サービスには適しておらず、燃料コストが高く、1回のフライトあたりの乗客数も通常は少なくなります。これが、大型のトライジェット機とツインジェット機の開発を促しました。エンジン技術の制限により、この時代のツインジェット機は小型で、航続距離が比較的短かったです。また、 FAAの60分ルールにより、エンジンの冗長性が低いため、ダイバージョン空港から60分以上飛行することはできませんでした。^[28]トライジェット機は、燃料効率と冗長性の妥協案でした。1969年、ボーイングは747を発売しました。 「ジャンボジェット」の愛称で呼ばれるこの機は、他のどの航空機よりもはるかに多くの乗客を運ぶことができた初のワイドボディ航空機でした。 ^[29]マクドネル・ダグラスDC-10やロッキードL-1011トライスターというワイドボディの3機ジェット機の競合機が登場した後でも、その収容力と性能は比類のないものでした。

民間航空の分野では、超音速旅客機コンコルドが1976年に運航を開始した。^[30]ロールスロイス/スネクマ社製のオリンパス593 ターボジェット4基を搭載し、音速の2倍の速度で巡航することが可能となった。^[5]導入当時は航空輸送の未来とみなされていた。しかし、主に運用コストの高さと騒音問題により、コンコルドは予想されたほどの成功を収めることはなかった。^[31]

BAe 146が1983年に導入されたとき、それは4発エンジンの短距離地域用旅客機であったため珍しいものでした。^{[32]その設計により、最終的にはより静かな運航と}短距離離着陸が可能になりました。^[33]

1980年代には、ジェットエンジンの信頼性と利用可能な出力が向上したため、双発機は1つのエンジンでも安全に飛行できるようになりました。これにより、双発機にETOPS定格が導入され、60分ルールを回避して、以前は4発機が運航していた大洋横断ルートを飛行できるようになりました。^{[28] [34]} 4つのエンジンがもたらす冗長性の利点はもはや必要なくなり、より高出力のエンジンを搭載した双発機の低い燃料消費量とメンテナンスコストに太刀打ちできなくなりました。ボーイング747などの最大の4発機を除くすべての4発機は経済的に不利になり、老朽化し​​た707とDC-8の旅客機群は退役しました。それでも、ボーイングは1989年に747-400を発売した。これは、当時の双発ジェット機では実現できなかった高い収容力（300人以上）と長い航続距離を誇り、747の中で最も商業的に成功した派生型となった。^{[35]エアバスは、長距離用3発ジェット機}MD-11を生産することになるマクドネル・ダグラスとの協力交渉を終了した後、代わりに1993年にA330双発ジェット機の長距離派生型としてA340クアッドジェットを発売した。初期の派生型は同じ胴体と翼を共有していたためである。^[36]

1970年代から1990年代にかけて、DC-10、MD-11、ボーイング767、エアバスA300、A310、A330、ボーイング747などには、広く普及していたゼネラル・エレクトリックCF6を搭載した派生型があったように、双発機、3発機、4発機は同様の出力のエンジンを共有していたため、当時はより大きな容量とより長い航続距離のために追加のエンジンが必要だった。1995年に双発機のボーイング777が導入され、高バイパスターボファン技術のさらなる進歩から開発された専用設計のゼネラル・エレクトリックGE90エンジンを搭載したことで、3発機と4発機の主な利点ははるかに重要ではなくなった。 ^[37]オリジナルの777-200は300人以上の乗客を収容でき、通常200～300人の乗客しか収容できなかった767などの既存の双発機から大幅に増加した。 ^[38]その後開発された777-300ERでは、乗客定員が400人弱にまで押し上げられ、747に迫り、A340に取って代わったが、効率性が向上し、エンジンのメンテナンス費用も低くなった。エアバスは、ロールスロイス・トレント500を搭載した改良型A340-500/600であまり成功しなかったため、 777と今後登場する787ドリームライナーに対抗するため、新型のA350XWBを採用した。

2000年代初頭までに、大型機の唯一の利点は、大型双発機よりも多くの乗客を運ぶことができるという点だけになった。9月11日の同時多発テロ事件後の数年間、燃料価格の上昇と航空業界の衰退により、運用コストと支出を最小限に抑える必要性が高まった。747-400型機の生産は2005年までに終了し、 A340の納入は、より効率的で同等の性能を持つ双発機との競争に直面したため、年間11機にまで減少した。^{[39] [40]}

4つのエンジンの使用は、エアバスが現在世界最大の旅客機であるA380を導入した2005年に活性化した。 ^[41]この機体は超高需要路線向けに設計され、通常2つのフルデッキに575人の乗客を収容できる。しかし、2018年現在、エアバスは20年間で1,200機という当初の予測販売数の4分の1しか達成していない。^[42]これは、A380のような巨大な航空機を好むスポークハブモデルとは対照的に、エアバスA350やボーイング787などの小型で高効率な双発ジェット機を使用したポイントツーポイントの旅行への現代の傾向に起因する可能性がある。^[12] A380の最大の運航者であるエミレーツ航空は、多くの長距離路線が立ち寄るドバイ国際空港を主要ハブ空港としているため、その航空機群から利益を得ている。これにより、エミレーツ航空はA380の座席を埋めやすくなっている。^[12]エミレーツ航空が2019年2月に最後の注文を削減した後、エアバスはA380の生産を2021年に終了すると発表した。

エンジン出力が増大し続け、容量の需要が減少するにつれて、ボーイング 787 ドリームライナーやエアバス A350 XWBなどの双発ジェット機が、従来 4 つのエンジンを必要としていた市場を侵食しました。

A380に対抗するため、ボーイングは2011年に747-400の後継機として747-8を導入した。 ^[43] 747-8I旅客型は2018年時点で50機しか受注していない^{[アップデート]}が、747-8F貨物型は100機以上の受注を獲得し、より成功を収めている。^[44] 2018年時点で、^{[アップデート]}747-8Fは航続距離とペイロードにおいて比類のないものであり、^[45]貨物航空会社にとっての選択肢となっている。

エアバスA380の生産終了後、ボーイング747-8も生産を停止し、最後の納入は2023年1月31日に行われました。^[46]つまり、二階建てのジェット旅客機は生産されなくなったということです。ボーイングは、747型機の退役はCOVID-19パンデミックの影響によるものだとしています。^[47]

• イリューシン Il-96 (限定)

• イリューシン Il-76
• カワサキP-1
• 西安 Y-20