推力反転

逆推力は逆推力とも呼ばれ、航空機エンジンの推力を一時的に転換して、航空機の前進に逆らって減速させるものです。逆推力装置は多くのジェット機に搭載されており、着陸直後の減速を助け、ブレーキの摩耗を減らし、着陸距離を短くすることができます。このような装置は航空機に大きな影響を与えるため、航空会社では安全な運航のために重要であると考えられています。逆推力装置が関係する事故があり、その中には死亡事故も含まれています。

逆推力は、可変ピッチプロペラを負の角度に逆転させることにより、多くのプロペラ駆動航空機でも利用できます。船舶における同等の概念は、後進推進と呼ばれます。

着陸滑走は、着陸、航空機を地上走行速度まで加速、そして最終的に完全に停止することから構成される。しかし、ほとんどの商用ジェットエンジンは、アイドル時でも前方に推力を出し続けて、航空機の減速に逆らう。^{[1]現代の航空機の}着陸装置のブレーキは、通常の状況では航空機を自力で停止させるのに十分であるが、安全のため、またブレーキにかかるストレスを軽減するために、^[2]別の減速方法が有益な場合がある。悪天候のシナリオでは、滑走路の雪や雨などの要因によりブレーキの有効性が低下する場合や、離陸中止などの緊急事態では、^[3]この必要性がより顕著になる。^[4]

シンプルで効果的な方法は、ジェットエンジンの排気流の方向を逆転させ、エンジン自体の力を使って減速することです。理想的には、逆転した排気流はまっすぐ前方に向けられるでしょう。^[5]しかし、空気力学的理由からこれは不可能であり、135°の角度が取られ、その結果、そうでなければ可能であるよりも効果が低くなります。推力の逆転は飛行中に対気速度を下げるためにも使用できますが、これは現代の航空機では一般的ではありません。^[6]ジェットエンジンで使用される推力逆転システムには、ターゲット、クラムシェル、コールドストリームシステムの3つの一般的なタイプがあります。可変ピッチプロペラを装備したプロペラ駆動航空機の中には、プロペラブレードのピッチを変更することで推力を逆転できるものもあります。ほとんどの民間ジェット旅客機にはこのような装置があり、軍用航空にも応用されています。^[5]

小型航空機には、特殊な用途を除いて、通常、推力反転システムはありません。一方、大型航空機 (重量 12,500 ポンドを超えるもの) には、ほとんどの場合、逆推力機能が備わっています。レシプロ エンジン、ターボプロップ、ジェット機はすべて、推力反転システムを組み込むように設計できます。

プロペラ駆動の航空機は、可変ピッチプロペラの角度を変えてプロペラが推力を前方に向けることで逆推力を発生させます。この逆推力機能は可変ピッチプロペラの開発によって可能になりました。可変ピッチプロペラはプロペラブレードの角度を変えて、さまざまな状況でエンジン出力を効率的に利用します。逆推力は、プロペラピッチ角が微分から負に減少したときに発生します。これはベータ位置と呼ばれます。^[7]

ピストンエンジンの航空機は逆推力を持たない傾向があるが、ターボプロップ機は一般的に逆推力を持っている。^[8]例としては、PAC P-750 XSTOL、^[9] セスナ208キャラバン、ピラタスPC-6ポーターなどがある。

逆推力の特別な応用例の 1 つは、多発エンジンの水上飛行機や飛行艇での使用です。これらの航空機は着水時に従来のブレーキ手段がなく、減速または停止するためにスラロームや逆推力、および水の抵抗に頼らなければなりません。さらに、逆推力は水上での操縦に必要となることが多く、急旋回をしたり、航空機を後進させたりするのに使用されます。これは、ドックやビーチを離れるときに必要になる場合があります。^{[引用が必要]}

ジェットエンジンを使用する航空機では、ジェットの噴流を前方に流すことで推力反転が実現されます。エンジンは逆回転しません。代わりに、推力反転装置を使用して噴流をブロックし、前方に向けます。高バイパス比エンジンでは、推力の大部分がコアではなくファン部分で生成されるため、通常、ファンの気流の方向のみを変更することで推力を反転します。一般的に使用されているジェットエンジンの推力反転システムは3つあります。^[6]

ターゲット逆推力装置は、油圧式のバケットまたはクラムシェル型のドアを使用して、高温のガス流を逆転させます。^{[1]前進推力の場合、これらのドアはエンジンの推進ノズルを形成します。}ボーイング707でのこのシステムの元の実装では、^[10]現在でも一般的ですが、2つの逆推力装置バケットがヒンジで接続されており、展開されると排気の後方流をブロックし、前方コンポーネントで方向転換します。このタイプの逆推力装置は、展開時にエンジン後部から見ることができます。^[6]

内部逆推力装置は、エンジンシュラウド内部のデフレクタードアを使用して、ナセル側面の開口部を通る気流を方向転換します。^[1]ターボジェットエンジンと混合流バイパスターボファンエンジンでは、空気圧で作動するクラムシェルデフレクターを使用してエンジン排気を方向転換するタイプがあります。^{[6] [5]}逆推力装置ダクトには、気流をさらに前方に方向転換するためのカスケードベーンを取り付けることができます。^[5]

ターボジェットエンジンと低バイパスターボファンエンジンで使用される2つのタイプとは対照的に、多くの高バイパスターボファンエンジンはコールドストリームリバーサーを使用しています。この設計では、バイパスダクトにデフレクタードアを配置して、エンジンのファンセクションからの気流のうち燃焼室をバイパスする部分のみをリダイレクトします。^[4] CFM56のA320およびA340バージョンなどのエンジンは、一部のターボジェットで使用される内部クラムシェルに似たピボットドアリバーサーを使用して気流を前方に向けます。 ^[11] カスケードリバーサーは、エアモーターによって後方にスライドするエンジンナセルの周囲のスリーブによって覆われていないベーンカスケードを使用します。通常の操作中は、逆推力ベーンはブロックされています。選択時に、システムはドアを折りたたんでコールドストリーム最終ノズルをブロックし、この気流をカスケードベーンにリダイレクトします。^[6]

コールドストリームリバーサーでは、燃焼室からの排気が前方への推力を生成し続けるため、この設計は効果が低くなります。^{[1] [6]}また、ホットストリームスポイラーを装備している場合は、コアの排気流をリダイレクトすることもできます。^[5]コールドストリームカスケードシステムは、構造的完全性、信頼性、汎用性で知られていますが、重量が重く、大型エンジンを収容するナセルに統合するのが難しい場合があります。^[12]

ほとんどのコックピット設定では、逆推力は推力レバーがアイドル状態のときにレバーをさらに後ろに引くことによって設定されます。^[1]逆推力は通常、着陸直後に適用され、残留空気力学的揚力と高速により着陸装置にあるブレーキの効果が制限される着陸滑走の早い段階での減速を改善するために、スポイラーとともに使用されることがよくあります。逆推力は常に手動で選択され、推力レバーに取り付けられたレバーを使用するか、推力レバーを逆推力「ゲート」に動かします。

逆推力による早期減速により、着陸時の滑走距離を4分の1以上短縮することができます。^{[5]しかし、規則では、航空機が}定期航空便として滑走路に着陸することを認定されるためには、逆推力を使用せずに滑走路に着陸できなければならないと定められています。

航空機の速度が遅くなると、逆推力が停止します。これは、逆流によって破片がエンジン吸気口の前に投げ出され、それが吸い込まれて異物による損傷を引き起こすのを防ぐためです。状況によっては、逆推力を停止まで使用したり、航空機を後進させるための推力として使用したりすることもできますが、この目的には航空機の牽引装置やトウバーがより一般的に使用されます。逆推力がゲートから航空機を押し戻すために使用される場合、その操作はパワーバックと呼ばれます。一部の製造業者は、雪や泥で覆われた地面で逆推力を使用すると、泥、水、滑走路の凍結防止剤が空中に舞い上がり、翼の表面に付着する可能性があるため、凍結した状態でこの手順を使用しないように警告しています。^[13]

逆推力の全出力が望ましくない場合は、スロットルを全出力未満、さらにはアイドル出力に設定して逆推力を操作することができ、エンジン部品へのストレスと摩耗を軽減します。特に氷や滑りやすい路面、またはエンジンのジェット噴射が損傷を引き起こす可能性がある場合、アイドリングエンジンで残留推力を排除するために逆推力が選択されることがあります。^{[引用が必要]}

一部の航空機、特にロシアとソ連の航空機は、飛行中に安全に逆推力を使用できるが、そのほとんどはプロペラ駆動である。しかし、多くの民間航空機はそれができない。飛行中に逆推力を使用すると、いくつかの利点がある。急減速が可能になり、速度を素早く変更できる。また、急降下に伴う速度上昇を防ぎ、急激な高度低下を可能にする。これは、戦闘地域などの敵対的な環境や、急勾配で着陸に近づくときに特に役立つ。^[要出典]

ダグラスDC-8シリーズの旅客機は、1959年の就航以来、飛行中の逆噴射の認定を受けています。許容できる速度で急降下を容易にするのに安全かつ効果的ですが、それでもかなりの機体の乱気流を生じさせるため、実際の使用は旅客便ではあまり一般的ではなく、乗客の快適性が問題にならない貨物便やフェリー便でより一般的でした。^[14]

ホーカー・シドレー トライデントは、120～180席の旅客機で、逆推力を使用することで最大毎分10,000フィート（毎分3,050メートル）の降下が可能であったが、この機能はほとんど使用されなかった。

超音速旅客機コンコルドは、空中で逆推力を利用して降下率を上げることができた。機内エンジンのみが使用され、亜音速飛行中および航空機の高度が 30,000 フィート (9,100 メートル) 未満の場合にのみエンジンが逆アイドル状態にされた。これにより、降下率は約 10,000 フィート/分 (3,000 メートル/分) に上昇した。^{[引用が必要]}

ボーイングC-17グローブマスターIIIは、飛行中に逆推力を使用する数少ない現代の航空機の1つです。ボーイング製のこの航空機は、4つのエンジンすべてで飛行中に逆推力を展開することができ、戦闘環境への毎分15,000フィート（毎分4,600メートル）までの急降下を容易にします（降下率は170マイル/時（274 km/時）をわずかに超えます）。 1969年に導入されたロッキードC-5ギャラクシーも、機内エンジンのみではありますが、飛行中の逆推力機能を備えています。^[15]

サーブ37 ビゲン(2005 年 11 月に退役) には、着陸前に逆推力を使用して必要な滑走路を短縮する機能と、着陸後にタキシングする機能があり、多くのスウェーデンの道路を戦時中の滑走路としても使用できました。

シャトル訓練機は、高度に改造されたグラマン ガルフストリーム IIで、飛行中に逆推力を利用してスペース シャトルの空気力学をシミュレートし、宇宙飛行士が着陸の練習をできるようにした。同様の技術が、ロシアのブランスペース シャトルをシミュレートした改造されたツポレフ Tu-154でも採用された。^[要出典]

発生する推力と電力は航空機の速度に比例するため、逆推力は高速でより効果的である。^{[2] [自費出版ソース? ]}効果を最大限に高めるには、着陸後すぐに適用する必要がある。^[1]低速で作動させると、異物による損傷の可能性がある。逆推力装置を作動させた航空機は、逆推力の効果とスポイラーによる機首上げピッチ効果の両方により、一時的に地面から離れる危険性がある。このような事態が発生しやすい航空機の場合、パイロットは逆推力を適用する前に地面にしっかりと固定するように注意する必要がある。^[2]前輪が地面に接触する前に適用すると、非対称展開が発生し、推力の高い側への制御不能なヨーイングを引き起こす可能性がある。この状況では、前輪で航空機を操縦することが移動方向の制御を維持する唯一の方法である。^[1]

逆推力モードは航空機の運航時間のほんの一部にしか使用されませんが、設計、重量、メンテナンス、性能、コストの面で航空機の運航時間に大きな影響を与えます。ペナルティは重大ですが、安全マージンを追加するための停止力、着陸滑走中の方向制御、通常のブレーキ効果が低下した汚染された滑走路での離陸拒否や地上操作を支援するため、必要です。航空会社は、逆推力システムを航空機の運航安全性を最大レベルに引き上げるための重要な部分であると考えています。^[12]

飛行中の逆推力の展開は、いくつかの輸送機の墜落に直接寄与しました。

• 1966年7月4日、ニュージーランド航空のダグラスDC-8-52（登録記号ZK-NZB）が、オークランド国際空港からの定期訓練飛行中に離陸時に墜落した。離陸時に第4エンジンの故障を模擬した際に逆推力が発生したためである。この墜落により、搭乗していた5人の乗組員のうち2人が死亡した。^[16]
• 1978年2月11日、パシフィック・ウェスタン航空314便（ボーイング737-200 ）がクランブルック空港に着陸拒否中に墜落した。左の逆推力装置が適切に収納されておらず、上昇中に作動したため、機体は左にロールして地面に激突した。乗客44名と乗務員5名のうち、生き残ったのは乗客6名と客室乗務員1名のみであった。
• 1982年2月9日、日本航空350便は、精神的に不安定な機長がダグラスDC-8の4基のエンジンのうち2基に意図的に逆噴射をかけたことにより、羽田空港の滑走路手前1,000フィート（300メートル）に墜落し、乗客24名が死亡した。^{[17] [18] [19]}
• 1990年8月29日、アメリカ空軍のロッキードC-5ギャラクシーがドイツのラムシュタイン空軍基地を離陸した直後に墜落した。機体が滑走路から上昇し始めたとき、逆推力装置の1つが突然作動した。その結果、機体は制御不能となり墜落した。搭乗していた17人のうち4人が墜落事故を生き延びた。
• 1991年5月26日、ラウダ航空004便（ボーイング767-300ER型機）の左エンジンの逆推力装置が予期せず作動し、機体は急降下して空中で分解した。^[20]乗客213名と乗務員10名全員が死亡した。
• 1996年10月31日、ブラジルのサンパウロにあるコンゴニャス・サンパウロ国際空港を離陸した直後に、TAM航空402便（フォッカー100 ）が墜落し、アパート2棟と数軒の家屋に衝突した。この墜落で、乗客90名と乗務員6名全員と地上にいた3名が死亡した。墜落の原因は、離陸直後に右エンジンの故障した逆推力装置が予期せず作動したこととされた。
• 2004年2月10日、キシュ航空7170便（フォッカー50 ）がシャルジャ国際空港への進入中に墜落した。搭乗していた乗客乗員46人のうち43人が死亡した。調査官は、パイロットがプロペラを逆噴射モードに設定するのが早すぎたために、機体の制御を失ったと断定した。

• アフターバーナー
• 推力偏向
• 垂直離着陸

ウィキメディア・コモンズには、逆推力装置に関連するメディアがあります。

• 着陸距離の短縮
• 「ブレーキングのために負の推力を与えることができるパワージェットのスラストスポイラー」 –パワージェットの逆推力装置を示す、1945 年のFlight誌の新しいエンジン開発に関する記事