新型ジェットエンジンが超音速飛行を復活させる可能性［英エコノミスト］

1960年代以来、世界中のエンジニアが回転デトネーションエンジン（RDE）と呼ばれる新しいタイプのジェット機を研究してきたが、実験段階を超えることはなかった。世界最大のジェットエンジン製造会社のひとつであるジー・エアロスペースは最近、実用版を開発中であると発表した。今年初め、米国の国防高等研究計画局は、同じく大手航空宇宙グループであるRTX傘下のレイセオンに対し、ガンビットと呼ばれるRDEを開発するために2900万ドルの契約を結んだ。

両エンジンはミサイルの推進に使用され、ロケットや既存のジェットエンジンなど、現在の推進システムの航続距離や速度の限界を克服する。しかし、もし両社が実用化に成功すれば、超音速飛行を復活させる可能性も含め、RDEは航空分野でより幅広い役割を果たすことになるかもしれない。

中央フロリダ大学の先端航空宇宙エンジンの専門家であるカリーム・アーメッドは、RDEとは「火を制御された爆発に置き換える」ものだと説明する。専門用語で言えば、ジェットエンジンは酸素と燃料の燃焼に依存しており、これは科学者が消炎と呼ぶ亜音速の反応だからだ。それに比べてデトネーションは、超音速で起こる高エネルギーの爆発である。その結果、より強力で、航空機を前進させる力である推力を生み出す、より効率的な方法となる可能性がある。

従来のジェットエンジンは、多くの可動部品を使用している。回転するブレードが空気を吸い込み、圧縮してから燃焼室で燃料に点火する。このガスがタービンを駆動し、全プロセスを継続させる。RDEはもっと単純だ。前部に入った空気は、2つの同心円筒の間にある空洞に押し込まれる。燃料がこの部分に送り込まれると、空気中の酸素と混ざって爆発し、回転する超音速衝撃波を発生させ、その衝撃波は隙間を螺旋状に回って後部から出ていく。一旦始動すると、起爆は自己持続的に行われる。

ラムジェットやパルスジェットなど、コンプレッサーやタービンを使わずに作動するジェット機もあるが、作動方法が異なり、限界もある。シンプルでコンパクトなRDEは、製造コストが安く燃料効率も高いため、ミサイルをより遠くへ、より速く、音速の5倍（マッハ5、時速6,125キロ）まで出すことができる。ジーのバージョンは、マッハ5よりも速く飛ぶ極超音速ミサイルを加速させるために、ラムジェットとともに使用するように設計されている。

長い間、エンジニアたちはRDEを作るためのツールを欠いていた。しかし、コンピューターモデリング、極端な温度にも耐える新しい合金、3Dプリンティングとして知られる積層造形技術が進歩したことで、状況は一変した。2020年、アーメッド博士と彼の同僚たちは、宇宙ミッションの打ち上げ用に実験的なロケットバージョンを製作した。

航空機の動力源としてRDEを使用するには、爆発を開始するために十分な空気がエンジンに送り込まれるまで、おそらく離陸に補助が必要だろう。しかし、ハイブリッド・エンジンを使った前例がある。冷戦時代に飛行した米国の高高度スパイ機、ロッキードSR-71ブラックバードは、2基の従来型ジェットエンジンを搭載していた。ほとんどの高速ジェット機がそうであるように、アフターバーナーを点火することで超音速に達する。これは、エンジンの排気口に燃料を送り込み、さらなる推力を生み出すものだ。マッハ2くらいになると、エンジンの前部から入った空気の一部は直接後部に送られ、アフターバーナーで燃焼され、ブラックバードをマッハ3以上に押し上げる。RDEを従来のジェット機に組み込むことは可能なはずだ。

RDEはアフターバーナーよりも燃料を消費しないが、乱暴になるかもしれない。これは軍用機にとっては必ずしも大きな問題ではないが、民間機にとっては問題である。それゆえ、世界初で唯一の商業用超音速旅客機であるコンコルドは運航コストが高く、騒音が大きすぎるという理由で多くの路線で使用禁止となった。マッハ2強で飛行できたコンコルドが2003年に退役して以来、さまざまなグループが後継機の製造を検討してきた。コロラド州に本社を置くブーム・スーパーソニックは、近々小型の試作機を試験飛行させる準備を進めている。成功すれば、同社はマッハ1.7が可能な80人乗りの航空機「オーバーチュア」を製造する予定だ。同社は、特別に設計された吸気口と排気ノズルを備えた従来のジェット機を使用することで、コンコルドよりも経済的で静かな飛行が可能になり、アフターバーナーが不要になると主張している。

ブーム、ブーム

コンコルドも同様に、近代的な設計技術によって少しは音が小さくなるかもしれない。しかし、音速を超えるスピードで飛行する航空機の後方に発生する不可避のソニックブームへの対処はまた別の問題だ。研究者たちは、ソニックブームも減らすことはできるが、完全に消すことはできないと考えている。航空機の胴体や翼を改良することで、ブームが下方の地面に与える影響を軽減できるとエンジニアたちは考えている。このような研究は、将来の超音速旅客機がコンコルドのように、音速を超える飛行が海洋上だけに制限されるかどうかを決定するのに役立つだろう。

空の旅は軍事技術に負うところが大きいが、その移転には長い時間がかかる。ジェットエンジンが初めて戦闘機に搭載されたのは1940年代のことだが、プロペラ機の代わりに大量に搭載されるようになるまでには、1950年代後半までかかった。そのため、亜音速で7時間かかるニューヨーク発ロンドン行きのフライトを1時間強に短縮したいと望む乗客は、10年以上待たなければならないかもしれない。■

From "A new type of jet engine could revive supersonic air travel", published under licence. The original content, in English, can be found on https://www.economist.com/science-and-technology/2023/12/19/a-new-type-of-jet-engine-could-revive-supersonic-air-travel

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翻訳：吉田拓史