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Papan３世

Tsukubasky.lab（Papan３世、流離いのエンジニア　Totoro Nakayama）のブログへようこそ　この研究所では、電子工学、物理学、宇宙開発、宇宙物理学と、科学、写真、イラストなどの趣味を自由に語り合うところです。長年オーディオに携わってきた私と一緒に、楽しいバーチャルラボを作りませんか？現在研究員兼所長１名です。

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アフターバーナはジェットエンジンの推力増強装置として幅広く知られている。

ジェット機が次々に音速を超えはじめるとアフターバーナは必須の技術となり、かつては運行されていた超音速旅客機コンコルド、そして今日でも戦闘機では必要不可欠な機能となっている。わが国では戦後の航空関連研究禁止解除後、ターボジェットエンジンJ3を用いてアフターバーナの基礎的試験を行った。その後、IHI-17エンジン　（F-4）に繋がる

　　　アフターバーナ基本構成
　　　　　　　（F100エンジンの例） f:id:harune3:20170620233524p:plain

アフターバーナの原理はジェットエンジンのタービンセクションを通過した未燃の酸素を含む燃焼ガス（ターボファンではバイパス流も含む）に対して燃料を再度投入し、推力を増強するものである。ジェットエンジンの推力は簡単にはエンジンを通過する空気流量（燃料を含む）×排出するジェットの速度であり、アフターバーナを作動させることによりアフターバーナ内部の温度が上昇するとジェット速度も増加し、結果としてエンジンの推力は上昇する。さらにアフターバーナにはタービン部が存在しないので材料の温度限界をあまり考慮することなく温度を上昇させることが出来、非常に大きな推力（通常、ドライ推力の1.5～2.0倍）を得ることができる。ただし、燃焼器の燃料流量に比べると非常に大量の燃料を消費するため、離陸時や音速を突破する場合、戦闘行動等の限られた場合のみに使用される。アフターバーナの排気ジェット速度による住宅街への騒音（騒音はジェット速度の8乗に比例する）も問題となっており、むやみやたらに使用することはできない。

アフターバーナには可変ノズルは必須の要素である。これはアフターバーナが燃焼ガスの温度と共にジェット速度を上昇させるが、同時に燃焼ガスの密度を小さくしてしまうため、ノズルを通過させる燃焼ガス流量を維持するためにはノズル面積を調整しなければならないためである。仮に調整しない場合はノズルより上流の密度が上昇、即ち圧力が上昇してしまい、エンジンの作動状態が変化する。可変ノズルとしては高高度高速を飛行する飛行機向けにはノズルの形状はガスの膨張を有利にする所謂コンバージェントダイバージェントノズルが一般的であるが、低高度低速ではノズル部分の重量がかさむだけであり、コンバージェントノズルのエンジンや、アフターバーナを有さないエンジンでは固定式のノズルも採用されている。現在ではF-22のような2次元矩形可変ノズル、Su-35等の3次元推力偏向ノズルも実用化されている。アフターバーナ作動時の推力は可変ノズルを適切に作動させた場合はアフターバーナ燃焼ガス温度の平方根におおよそ比例するが燃焼の観点からは2000℃程度で頭うちとなる。

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