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「ジェットエンジン」

まえがき詳細目次


はじめに

 ジェットエンジンについて,大学において講義してみて感じたことを1 ,2 述べてみたい.

 まず,ジェットエンジンのような,基礎科目に属さない一つの機械システムの取扱いはどのようにすべきか,大学自身が迷っているように思う.

 それはジェットエンジンに限らず,ロケットエンジンとかピストンエンジンとか,それ自身一つの機械システムとして独立している科目に共通の悩みと考える.このようなシステムは,熱力学,流体力学,伝熱工学,振動工学などの基礎の理解のうえに,はじめて十全の理解が得られるわけであるが,多くの大学では,それらの基礎科目を履修した後にこのような機械システムの講義を受講できるようになっていない.総合科目を学んで3 年生から専門コースに入ってくる学生に対し,十分な専門基礎が身につくまで待てないため,たいていは3年の後期か4 年の前期にこのような講義がはじまってしまうのが現状である.工学基礎の十分でない学生に,ジェットエンジンについてどのような教え方をすべきか?

 もう一つの悩みは,学生のほとんどが卒業後,必ずしもジェットエンジン関連の職業につくわけではなく,ついたとしても設計・開発の部門に配属されるのがほんの一握りの者に限られるということである.そのような学生に対し,このような機械システムの詳細をどのように教え,どのように意義づけるか?

 そこで本書は,工学基礎が十分でない学生でも理解できるように,また将来必ずしもジェットエンジン関連の仕事につかない学生にも役立つよう心がけて執筆した.内容としては,ジェットエンジンの基礎概念と,設計の手がかりを与えている.設計の詳細は,大学院や企業においてさらに研究を積んで把握してもらうことになる.とくに,現在,コンピュータにより実施されている各コンポーネントの設計にはふれることができなかった.本書の性格上やむを得ないと考える.将来ジェットエンジン関連の職業につくことのない学生に対しても,機械のなかで起こっている物理現象を正しく把握できるよう,懇切丁寧に説明しているつもりである.それがジェットエンジン以外の機械に幅広く応用可能であり,工学者として世にある限り,将来,必ず役に立つと確信する.

 第1 章においては,ジェットエンジンの歴史的なデビューにふれ,いままでのピストンエンジンとの隔絶した性能が航空界に与えた衝撃について述べ,ジェットエンジンに対する興味の導入部とする.第2 章において,空気力学の基礎を学んだ後,第3 章においては,主要コンポーネントとその効率の考え方について述べる.第4 章では,エンジンサイクル論およびジェットエンジン推力の求め方を,第5 章においては,圧縮機,タービンなどの主要コンポーネントの空力設計について詳述している.第6 章では,ジェットエンジン全体の運転および安定性について論じている.

 以上がジェットエンジンの主要部であるが,第7 章,第8 章は補足的に考えられてもかまわない.第7 章においては,ジェットエンジンの性能の変遷をかえりみたうえで,現用の最先端エンジンの諸元を論じている.第1 章の初期のエンジンと比較して,その進歩に瞠目 す るであろう.第8 章において,ラムジェットエンジンなどの将来型エンジンの技術的ポイントを紹介している.

 本書では,ガスタービンについては関連する部分でふれているのみであり,あくまで航空機用ジェットエンジンが主体である.また,エンジン構造については,著者の得意とする分野ではなく,かつ本書のボリュームを超えるため,割愛した.

 本書の執筆に当たり,名古屋大学中村佳朗先生の数々の助言と懇切なる監修を得ることができた.わが国航空宇宙工業の中心地で長く教鞭を取られている先生のご指導をいただいたことは,著者の望外の喜びであり,深く感謝申しあげます.また森北出版の大橋貞夫氏,塚田真弓氏には終始多大の助力を賜りました.深く感謝申しあげます.

 学生の求めに応じて,このような本をつくってみたが,もとより著者の不勉強にもとづく誤解が多々あると思われるので,読者各位の率直なご意見をお寄せいただければ幸甚である.
2004 年盛夏
鈴木弘一


目次

第1 章ジェットエンジンの誕生
1.1 歴史的考察
1.2 ジェットエンジンの作動原理
1.3 ジェットエンジンの分類
(1 )基本ジェットエンジン
(2 )ジェット推進機関の分類
参考文献

第2 章空気力学
2.1 ガスの性質
2.2 圧縮性流体力学
(1 )熱と仕事
(2 )内部エネルギー
(3 )全熱エネルギー(エンタルピー)
(4 )比熱
(5 )状態方程式
(6 )等温変化
(7 )断熱変化
(8 )エネルギー方程式
(9 )全温,静温
(10 )音速
(11 )マッハ数
(12 )非粘性ガスの管内の流れ
(13 )ファノ(Fanno)方程式(単位面積当たりの流量)
(14 )縮小管
(15 )縮小拡大管(ラバールノズル)
(16 )断面積とマッハ数
2.3 等エントロピー変化
2.4 等エントロピー変化の計算
(1 )チャートによる方法
(2 )比熱一定とする近似計算

第3 章ジェットエンジン要素の性能
3.1 圧縮機の仕事と効率
3.2 タービンの仕事と効率
3.3 燃焼器における温度上昇と効率
3.4 ノズルと速度係数

第4 章エンジンサイクル
4.1 ブレイトンサイクル
4.2 圧縮機,タービン効率の影響
4.3 他の圧力損失の影響
4.4 ガスタービンの基本性能
4.5 ジェットエンジンの推力
(1 )推進仕事
(2 )ジェットエンジンがつくるエネルギー
(3 )推進効率
(4 )エンジン熱効率
(5 )燃料消費率
(6 )全効率
4.6 ジェットエンジンの基本性能
(1 )空気の取入れ口における全温,全圧の上昇
(2 )ターボジェットエンジンの性能計算
4.7 ターボファンの性能

第5 章ジェットエンジン要素の空力設計
5.1 空気取り入れ口(インテーク)の空気力学
(1 )インテークの種類
(2 )全圧損失
5.2 軸流圧縮機の空気力学
(1 )オイラーの方程式
(2 )半径平衡流れ
(3 )循環一定の段
(4 )剛体回転型の段
(5 )亜音速翼列
(6 )超音速翼列
(7 )非二次元流れ
5.3 遠心圧縮機の空気力学
(1 )遠心圧縮機の圧縮の原理
(2 )遠心圧縮機の所要動力
5.4 タービンの空気力学
(1 )タービン段の速度三角形
(2 )ガスの膨張過程におけるi -s 表示
(3 )タービンの分類
(4 )軸流タービン,半径流タービン
(5 )単段タービン,多段タービン
(6 )ノズルにおけるガス流れ
(7 )動翼においてガスのなす仕事
(8 )タービン段の基本パラメータ
(9 )長い翼を持つタービンの半径方向のパラメータの変化
(10 )循環一定の段
(11 )タービン効率
(12 )翼列の流出角
5.5 燃焼器
(1 )燃焼器における熱の釣り合い
(2 )燃焼の特性
(3 )燃焼負荷率
(4 )再燃焼器(アフターバーナー)
参考文献

第6 章全体システムおよび運転
6.1 圧縮機の空力特性
6.2 翼列失速(旋回失速)
6.3 サージング
6.4 運転曲線
6.5 修正性能
参考文献

第7 章ジェットエンジンの実際
7.1 最近のジェットエンジンの発達動向
7.2 現用ジェットエンジン各論
参考文献

第8 章将来型エンジン
8.1 ラムジェットエンジン
(1 )ラムジェットエンジンのサイクル
(2 )ラムジェットエンジンの性能
8.2 超音速燃焼ラムジェット
(1 )スクラムジェットエンジンの構造
(2 )超音速空気取り入れ口
(3 )高速気流中における加熱
(4 )スクラムジェットエンジンの性能
8.3 エアターボラムエンジン
(1 )エアターボラムエンジンの性能
8.4 エアブリ-ジングエンジンの組合せ

参考文献

索引

アップデート:2009/04/08

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