ラムジェットエンジンの仕組みを解説【エンジンの仕組み】
【書き起こし】(2) ラムジェットエンジンの仕組みを解説【エンジンの仕組み】
(00:01) [音楽] みなさんこんにちはメカのロマンを探求 する会今回のお題はこれ ラムジェットエンジンを解説 未来の超音速航空機に搭載されるとよく 想像されるエンジンにラムジェット エンジンがありますよね また写真のようなミサイルに搭載されてい たりもします このラムジェットエンジンはジェット エンジンであるのにも関わらず タービンやコンプレッサーを持っていない とてもシンプルな構造しています ただの筒歩ともいえるラムジェット エンジンは一体どのような原理で動作して いるのでしょうか ということで今回はラムジェットエンジン について調べてきましたのでご紹介したい と思います 普通のジェットエンジンからラムジェット エンジンを考える 今僕たちが普通に乗ることができる ボーイング787やエンブラエル190に はターボファンエンジンというタイプの エンジンが搭載されています 名前にジェットとはつきませんがれっきと したジェットエンジンです
(01:05) ターボ品エンジンはジェットエンジンの 原型ともいえる ターボジェットエンジンに空気を送る プロパー的なファンが取り付いている エンジンです ターボジェットエンジンとラムジェット エンジンの断面図を見比べてみるとまるで 違って見えますよね なのですが実はやっていることはだいたい 同じだったりします ラムジェットエンジンはフジツボ並みに 原始的な構造でどうやって飛行機や ミサイルを飛ばせるのか ナム者10人の原理を考えるときいきなり 超音速イネットはなどと始めるよりは 旅客機のターボジェットエンジン ラムジェットエンジンの考え方 戦闘機のターボジェットエンジン 実際のラムジェットエンジンの順で追って いくと面白そうなので今回はこういう解説 をしていきます できないラムジェットエンジンに触れる より他のジェットエンジンとの違いも 分かりやすいのではないかと思います 旅客機のターボファンエンジン まずは旅客機のターボファンエンジンから 見ていきます
(02:08) 湖面仁和会ガスによる廃棄ジェット度 ファンによるファンハ役によって水力を得 ています 飛行機を飛ばすための推力を得るために 燃焼ガスの排気ジェットが欲しいので まずは燃焼室を用意します ここで燃料燃やして灰ジェットを得られ そうなのですが これだけではただの灯油ストーブです ジャッと園児の燃料は灯油ですからね 大パワーは得るためには圧縮空気を燃焼室 に送りたいので回転式のコンプレッサーを 用意します 今度はこのコンプレッサーをどうやって 回す母の問題が出てくるのでタービンと いう風者によって燃焼ガスエネルギーを 回収してシャフトを通じて回転力を コンプレッサーに伝えて上げますこれが ターボジェットエンジンです 燃料を燃やして配置ジェットで推力を得る 排気ジェットのエネルギーの一望タービン で回収して金トレっすは動かす コンプレッサーで圧縮した空気を燃焼室に 送る
(03:10) こんな鶏と卵のようなことをして灯油の熱 を水力に変換しています ターボファンエンジンはこの コンプレッサーの駆動軸にパンを追加する ことによって効率を高めています ラムジェットエンジンに本格的に関わって くるのはここからです ターボエンジンの最前部にはインレット カールというつつが取り付いています この in やっとカールはただの2では なくてちゃんと機能を有する大事な コンポーネントなんです インレットカールの目的は適切な流れの 空気をファンに充てる q 企業を抑える という仕事のほかに吹雪の流速をとして 圧力を高めるという大事な仕事を請け負っ ています 皆さんはベルヌーイの定理というのを耳に したことがあるかと思います イメージ的には流れの中にくびれがあると 流速が早まって負圧が発生するみたいな 感じですよね 負圧が発生するというのは静圧が低くなる の言い換えですね
(04:13) それでは逆に流れの中に太い部分があると どうなるのでしょうか 実はくびれとは逆で流体の流速が遅くなっ て制圧が高まります 多くのジェット旅客機はマッハ0.8代 前半で飛びますが インレットカールの原則作用によって園児 に飛び込んでくる空気の速度はマッハ 0.5程度になって料理されます 補足ここでの原則というのはエンジンから 三天神に向かってくる空気の総体速度が 原則されているということです地上から 見れば飛行機やエンジンにひきずられる ような形でむしろ静止していた空気が動き 始めるように見えます ジェットエンジンのイネットはベルヌーイ の定理を利用して園児に誘引する空気の 側道としてかつ圧力を高めています g 90ダッシュ115 b という エンジンは圧縮後の空気の圧力 全体圧力日が42でそのうちのに wine net カールが生み出す圧力なんです 流入空気の原則もとても大事で空気が高速
(05:19) すぎるとエンジンの内部で衝撃波を発生さ せてしまいファンが機能を失ったり コンプレッサーが空気を圧縮できなかっ たりなどといろいろとトラブルを起こし ます in ネット可能断面が末広がりになって いるのはこういった理由があるんですね もちろんエンジンが進むことによって空気 が押し込まれる圧力も利用します 空気が押し込まれるということは空気の 圧力と密度が高まります バイクのラムエア e net はこの 目的が強いんじゃないかと思います [音楽] こういう前から向かってくる空気の力で 空気の圧力を得る作用ラム効果と言います 旅客機に搭載されているジェットエンジン においてもこのラム圧はとても重要で グラフにするとこのようなイメージになっ て速度が速くなればなるほどエンジンの 推力が増えていきます 話は少し戻ってコンプレッサーについても 触れておきます コンプレッサーはプロペラのようなものが たくさん並んでいます
(06:22) イメージ的にはプロペラで空気を押すこと によってロートの要領で空気を圧縮してい そうですよね ところが実際にはそうではありません コンプレッサーも win レットカール と同じで末広がりを利用しています コンプレッサーは全体的に見ると先細りに 感じますがブレードの隙間をよく見てみる と 末広がりになっています とはいっても前から入ってくる空気に対し て口を広げているだけではあまり効果が なく単に末広がりの通路を通すだけでは 十分に空気を圧縮できません ということでタービンからの回転力で コンプレッサーのローターを回転させて 空気の側道子を負傷させるつまり運動 エネルギーを与え その運動エネルギーを末広がりの構造で 圧力に変換しています この数表割の構造は回転するローターは もちろんですしローターのグレードに挟ま れているステーターも同様です ラム効果は期待の速度によって空気が前
(07:26) から押し寄せてくると言いましたが実は コンプレッサーの中では回転するローター の繁栄を使ってこれを積極的に行っている と言えます ラムジェットエンジンの基本ということで ターボジェットエンジンやターボファン エンジンの仕組みが分かりました ではラムエンジンの仕組みを見て いきましょう さっき規則が上昇するとインレットカール や押し込み効果で空気の圧力を高めること ができるラム効果という話をしました ば無効化は速度を上げれば上げるほど 大きく作用します ということは期待の速度をどんどん速くし ていけば回転式のコンプレッサーを使って 空気に速度を与えなくても 十分な全体圧力日が得られます これに燃料を噴射してやればその配布 ジェットで大きな勢力が得られそうですよ ね ということはコンプレッサーを動かす回転 力を乱すタービンやその力を伝える シャフトモフィローになります ターボ10点陣からこれらの回転体を
(08:29) 消し去ったものがラムジェットエンジンと 言えます 回転系統がなくなれば小型軽量になるのは もちろんですし ターボファンやターボジェットエンジンの 弱みである ベアリング破損のリスクからも解放され ます またタービンブレードやノズルガイド ベーンの耐久性も気にしなくてもよくなり ます これはエンジンの性能そのものは言うまで もなく信頼性やコストに直結しますよね だから回転系統がなくなるとエンジンとし ての総合力はグッと向上します ラムジェットエンジンの考え方について 簡単にまとめるとエンジン自身が進むこと によってせき止め効果と末広がりの インレットのベルヌーイの定理を利用して 空気を圧縮する その圧縮された空気に燃料噴射して燃焼さ せる 生成された燃焼ガスの配布ジェットを高速 で噴射し数力を得る その水力によって期待は十分な速度を得る ことができる こんな感じですね これはラムジェットも基本です
(09:33) 実際にはこれでは速度が足りないので机上 の空論なのですがこの点については後でお 話しします ラムジェットエンジンの分類 ナムジャペン人はジェットエンジンだけど タービンがありません 逆にターボシャフトエンジンはジェット じゃないのにタービンがあります 言葉で言われてもよくわかんないと思うの でこのあたりのエンジンを整理すると こんな感じになります 燃焼ガスでタービンを回して コンプレッサーを動かす天神尾ガス タービンエンジン 排気ジェットで推力を得るエンジンを ジェットエンジンと呼びます ラムジェットエンジンはドンガラなので楽 とエンジンと呼ばれます ラムジェットエンジンの中でもソク で空気をさばくエンジンをスクラム ジェットエンジン 完結燃焼を行うものバズジェットエンジン と呼びます ただのスッポと言っていたのはリスってい たわけでは決してなくてほぼほぼ正式名称 なんですね 末広がりだけじゃ足りない ターボ品エンジンやラムジェットエンジン
(10:37) は末広がりの形状が生み出すラム効果を 利用して空気の圧力を高めると言いました 中でもラムジェットエンジンはラム効果 だけで圧縮を行います ところがこれだけでナムジェットを機能さ せるのはなかなか難しいか法律が著しく 悪くなります その理由は二つあって 10分の圧力を得ようとするとソク に達してしまう チョンソ区域では衝撃波が発生するし ベルヌーイの定理が通用しないこういう 矛盾した問題点が出てくるからです 速度上げないとエンジンが機能しないけど そのまま速度を上げても空気は圧縮でき ないというジレンマに陥ります これでは困ってしまうのでひとひねり必要 です 戦闘機のターボファンエンジン 床基のターボファンエンジンと超音速戦闘 機のターボファンエンジンを比較すると 放射には超音速 inred が取り付い ていますそれではエンジンの最前線 ソク院でととは一体何なのでしょう
(11:40) か 先ほど旅客機のジェットエンジンの インレットカールは末広がりで流入空気の 圧力を上げて速度を通すと言いました ところがこれが通用するのはマッハ1ザク が限界です空気の圧力が普通に伝わるのは 音の速度までですこれを超える速度でもの が空気中を移動するいうとそのものに 押しのけられる空気が逃げ切れず 圧縮されてしまいます 実際には音速に達する前に圧縮され始め ます これがかの有名な衝撃波を生み出します 衝撃波が生まれてくるような環境下では ベルヌーイの定理が通用しません 補足しておくと衝撃波は音よりもスピード が速い波です こうなってしまっては末広がりの鉄では 圧力を高めることができません それと同時に流入空気の原則も行えません だから超音速飛行中の空気がそのまま エンジンに入ってしまうとたちまち機能 不全に陥ります それでは困るのでエンジンのインレットに
(12:45) 一工夫します 衝撃波は空気が圧縮されることによって 発生します それならばこの現象逆手にとってエンジン 作動に必要な宿空気をゲットできるんじゃ ないかと昔の偉い人は考えたわけです ということで超音速飛行を生業とする戦闘 機は衝撃波をわざと発生させて桐生の流速 を落としつつ圧力を高めますそれを エンジンに取り込むわけですね その方法にはいくつかあるのですが 簡単なタイプはこんな感じでとんがり コーンみたいなものをエンジンの先に 取り付けます これをショックコーンと言います 続コーンが空気の中を超音速で突き進む ことで斜面部分が空気を押しのけ家流の 向きが無理やり支えられます 軌道が変わることによって空気は宿されて 衝撃波を生み出します 衝撃波は圧縮された空気の塊ナムに流速も 落ちています この塩水の内側をかすめるような位置に インレッドのリップを置いておけば圧縮さ
(13:49) れかつ原則された空気をエンジンに 取り込むことができます コンプレッサーのブレードと同じような 効果を持つわけですね [音楽] それでも空気はソクをと思ってい ますだからリップ部分でもう一度空9 押しのけて衝撃波を発生させさらに減速を 行います この仕組みだと2段階の衝撃波で空気を 原則圧縮します 2段階の衝撃波を超えてきた空気は音速 いかに原則されていますしその分圧縮もさ れています またとんがりコーンの中ほどでランプと いう角度を変えることによって坂道を作る こともあります 先端が生み出す衝撃波で原則あしゅぐ ランプでもう1回衝撃波を発生させ原則 圧縮 リップで最後の衝撃波を発生させてアン 遅くまで原則圧縮 この場合は3段階の衝撃波を作るという わけですねこんな感じで超音速戦闘機の インレットは衝撃波を使って空気の流速が
(14:54) まあ配置を切るまで原則を行いそして圧縮 します マッハ1を切りさえすればあとは水広がり の構造にすることでベルヌーイの定理を 使ってさらに圧縮と原則を行うことができ ます 戦闘機のネットはこんな感じになっていた んですね f 15のインレットにはトンガリコーン のようなショック今はついていませんが 先端の構造や内部構造で衝撃波を発生させ て空気を原則圧縮しています 衝撃者が作る塩水の角度は速度によって 変化するのでより効率良く圧縮された空気 を取り込むため速度によってインレットの 形状を変化させる機構も頻繁に使われてい ますまた会員レットは案を即時線お食事超 即時のそれぞれの空気の特性に合わせた 形状にすいることができ効率確保にも有効 ですね もちろん超音速戦闘機のジェットエンジン においてはこのソクイネット+ ダイバージェントイネットの後に回転式の コンプレッサーが続くのですが
(15:58) インレットによる圧縮が非常に大きな役割 を果たしています ラムジェットエンジンは戦闘機のエンジン -回転部分 戦闘機のエンジンはインレットで空気を 圧縮しています しかも安息から超音速にまで対応している ので速度を上げまくってラマー添えると いうことが可能です ここまでくればラムジェットエンジンの 仕組みは完成です 十分なラム圧を得るために超音速で作動さ せる必要があったらぬジェットエンジン ですが 衝撃波を味方につける構造にしてしまえば 怖いものはありません インレットの効率が100パーセントで あった場合 挟んでの圧力日は37にもなるようなので ここまで来れば回転式のコンプレッサーは 不要になります 文字通りただのツっぽ9人が出来上がり ます 原理だけを考えるならば超音速戦闘機の エンジンから回転部分をなくせば実用的な ラムジェットエンジンが完成します ラム所10時の作動を晒しておくと前提と して十分な空気の圧縮を得るためにマハに
(17:05) 屋さんなどというソクで飛ばなけれ ばなりません エンジンのインレットの前半部分は衝撃波 をあえて発生させる部分です 構造物が空気を押しのけることによって 衝撃波が生まれ 空気が原則圧縮されそれをインレットの リップが広います場合によっては空気が まだ超音速なのでさらに衝撃波を発生させ て件続圧縮させます この弾数が多いほど減速できより高速まで 対応できますが効率は落ちていきます 例えばこの d 21という無人偵察機は このようなインレット思っています形状 から想像するに先端で1回目の衝撃波 角度が変わっているランプ部分で2回目の 衝撃波 そしてリップで3回目の衝撃波を生み出し て減速しているのでしょう 空気の速度がマッハ1を切ったらこっちの もんで今度は衝撃波ではなくベルヌーイの 定理を使って空気を圧縮減速しますダクト 末広がりの構造にするだけですね
(18:11) ここで空気の圧力を十分に高め それとともに大切なのが空気の流れを減速 するということです たとえ期待がマッハ3で飛んでいようが 園児の中の空気の速度はマッハ0.5程度 に抑えられていますこうやって作られた 圧縮空気に燃料噴射して燃焼させます もちろんただ燃料を吹き込むだけではダメ でフレームホルダーという炎を保持する 装置があります 年商はさえ作ってしまえばあとはこれを 後ろに噴き出すだけです 機体を任さんで飛ばすのであれば はいヘッドの速度はもちろんそれ以上で ある必要があるのでラムジェットエンジン の排気ジェットはとても高速です ここでもノズルの断面が大切で先細りん するとベルヌーイの定理によってガスの 速度は加速するのですがここでもまあ配置 で限界描きます その後はどうすればいいのでしょうか 今度は逆に末広がりにすればガスは超音速 にまで加速されます
(19:15) このようにラムジェットエンジンは一見 すると単純な構造なのですが前に進む スピードだけで空気を十分に圧縮するため 意外と複雑な理論や工程を経ているのが わかっていただけたと思います ということで今回もご視聴ありがとう ございました このチャンネルでは今後につながる動画の 音玉募集しています 何かリクエストがあればコメント欄にお 願いしますそれではバイバイ
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