Hシリーズのガスタービンエンジンガスタービンエンジンは、原動機の一種であり、燃料の燃焼等で生成された高温のガスでタービンを回して回転運動エネルギーを得る内燃機関である。重量や体積の割に高出力が得られることから、現在ではヘリコプターを含むほとんどの航空機に動力源として用いられている。始動時間が短く冷却水が不要なことから非常用発電設備として、さらに1990年代から大規模火力発電所においてガスタービン・蒸気タービンの高効率複合サイクル発電(コンバインドサイクル発電)として用いられている。「ジェットエンジン」を参照ガスタービンは遠心式又は軸流式の回転式圧縮機で燃焼用空気を圧縮して燃焼器に送り込み、燃料を燃焼器に吹き込んで燃焼させる。その際に発生した高温高圧の燃焼ガスが遠心式もしくは軸流式タービンを回転させる。タービン軸は通常、圧縮機と直結しており、圧縮機に圧縮動力を伝え、持続運転する。燃焼ガスの熱エネルギーを全てタービンで回収して軸出力を取り出す場合と、軸出力は圧縮機の動力としてのみ用いて燃焼ガスの後方噴出により推力を得るジェットエンジンがある。自動車、レシプロ機関を持つ航空機等に用いられるターボチャージャーも、エンジンを燃焼器とし出力軸を持たない一種のガスタービンに分類できる。液体燃料ロケット用ターボポンプなど、液体燃料+液体酸化剤などを燃焼室で燃やし、作動流体圧縮機を省略する(但し燃料・酸化剤注入ポンプが使われる場合はある)方式もある。する「部位」があるため、レシプロエンジン(ピストンエンジン)と異なりそれぞれの「行程」はない。燃焼は一定圧力のもとで行われ、理論サイクルはブレイトンサイクルで近似される。作動流体を加熱し、熱交換機等で作動流体を冷却、又は作動流体を排気する事により稼働する、外燃式ガスタービンも理論上存在し、一部研究試作された。大気から空気等を吸い込みタービンを回した後再び大気に排出する形式のものを開放サイクルガスタービンと呼び、作動流体を閉じた流路に流し排気しない形式のものを密閉サイクルガスタービンと呼ぶ。西暦150年、ヘロンが蒸気機関(アイオロスの球)を考案するが、玩具的にしか扱われず、その潜在的能力が認識されるのは何世紀もたってからである。1500年、レオナルド・ダ・ヴィンチが暖炉で調理中のあぶり肉を回転させるためのスモークジャックの図を描いている。これは火から上昇する熱い空気の流れで羽根車を回し、その力であぶり肉を刺した棒を回すものである。1551年、タキ=アルジンがスモークジャックと同じ用途の蒸気タービンを発明した[1]。ジョバンニ・ブランカは1629年、蒸気タービンを使った砕鉱機を開発した。フェルディナント・フェルビーストは1678年、蒸気ジェットの力で動く車を開発した。1791年、イギリスの技術者ジョン・バーバーが世界初の真のガスタービンの特許を取得した。その発明の構成は今日のガスタービンと基本的に変わらない。バーバーはこれを車の動力にしようとしたが、当時の技術では完全に動作するものを製作できなかった。1894年(明治27年)、チャールズ・アルジャーノン・パーソンズは蒸気タービン船のアイデアで特許をとり、タービニアという実験艇を作った。1895年(明治28年)にはパーソンズの蒸気タービンを使った発電機がケンブリッジ発電所に設置され、街灯への電力供給を行った。1903年(明治36年)、ノルウェーのエギディアス・エリングが入力よりも出力が大きい世界初のガスタービンを完成させた(11馬力)。1913年、ニコラ・テスラが境界層効果を利用したテスラタービンの特許を取得。1918年(大正7年)、今日もガスタービン製造で知られているゼネラル・エレクトリックがガスタービン部門を創設した。翼とガス流についての理論を構築した。1930年(昭和5年)、フランク・ホイットルがジェット推進用ガスタービンの設計で特許を取得。日本ガスタービン学会誌19(73)では「エリングの業績を知っていたか」と問われたホイットルは「知らなかった。知っていたら開発は10年早く出来ただろう」と答えたとされている。実際にジェットエンジンが動作したのは1937年(昭和12年)4月のことである。1934年(昭和9年)、ラウル・パテラス・ペスカラはガスタービン用ガス発生器として使える自由ピストンエンジンの特許を取得した。1936年(昭和11年)、ハンス・フォン・オハインとマックス・ハーンがフランク・ホイットルとは別方式のジェットエンジンの開発に成功した。同出力のレシプロエンジン(代表例:ガソリンエンジン・ディーゼルエンジン)などと比べ、以下のような特徴を持つ。軽量で比較的小さな体積で高出力が得られ、レシプロエンジンと比べてパワーウェイトレシオが優れている。低周波の振動が少なく、高めの周波数の騒音対策だけで済む。レシプロエンジンと比べて、低速回転時と高速回転時の燃料消費率の差が少ない。そのため、低速回転域での燃費はディーゼルエンジン等のレシプロエンジンに比べ完全に劣る。燃焼効率は比較的高いが、回転数を頻繁に変える用途での燃費が劣る。常用回転数が高いため出力は大きいがトルクは小さいので、大トルクを要する用途では減速機が必要である。「大量の空気を膨張させる」と言う条件をクリア出来れば燃料に対する要求が少なく、原理上は多種多様な燃料を使用できる。メタン等のそれほど高価ではない燃料も使用可能であるが、特に航空機の場合、厳密に調合されたジェット燃料が指定されている。冷却水が不要である反面、耐熱性に優れた素材で製造する必要があり、素材の関係から整備に専門的知識を伴った特殊な技術を要する。定期的な保守時の作業量がレシプロエンジンと比べて多く、時間とコストがかかる。この様な都合もあり、保守の利便性を考え、全てをユニットとして取り外せる様に(ASSY交換)するため、設置位置に制約が付く事がある。一定の回転数で動作させることは容易だが、回転数を細かく調整することは困難なため、回転数が頻繁に変わる用途には不向きである。レスポンスがレシプロエンジンと比較して劣る。条件による違いはあるものの、同単価の燃料を使い出力を直接動力とする場合の燃費は、レシプロ内燃機関よりは悪く、移動体用の簡素な蒸気タービンよりは良好である。ゴミ焼却熱などが使え、加えて発電所などでは移動体用より複雑なガスタービンと同等以上の熱効率の蒸気タービンが用いられている事が多い。始動性は良いが、始動時の消費エネルギーが大きいため、頻繁にエンジンを停止する用途には不向きである。窒素酸化物や炭化水素の排出が少ない[要出典]が、排気が高温の上に単体の熱効率はやや劣る。用途によっては、高い排気温度を利用して排熱ボイラーで高温の蒸気を発生させて蒸気タービンで熱回収するという対策(コンバインドサイクル)もある。軍用船舶では赤外線探知されない様、上記の方法等の対策が必要である。出力特性や燃費の欠点を補う為、電気式ハイブリッドの動力の一つとして用いられる例が多い(シリーズハイブリッドの発電用など。高性能エンジンは厳選されたジェット燃料(高度に精製された灯油)を使用する。マンバのように軽油を使用できるエンジンも存在する。陸上設置型や舶用では軽油を使用する。A重油を除き、安価な重油は使用できない[2]。発電用ガスタービンでは天然ガスや石炭をガス化して燃焼する機種もある。外燃式ガスタービンや密閉サイクルガスタービンでは蒸気機関と同様に、安価な重油や石炭や原子力や電熱等、内燃式ガスタービンで使用困難な燃料も使用可能になる。重構造型編集ガスタービンエンジンは航空機に搭載される軽量型と、主に地上に設置して発電などに使用される重量のある重構造型とに大別できる。船舶や車両といった移動体や地上固定式でも小型のものでは、航空機用のジェットエンジンの設計に基づく軽量のものが製造されており、軽量型に分類される。これらとは別にかなり小型のガスタービンエンジンも存在する。軽量型(航空エンジン転用型)ジェット機に使用されるジェットエンジンは軽量型である。この固定翼機用のジェットエンジンやヘリコプター用として開発されたターボシャフトエンジンを他の移動体用や小型の地上固定用途で製造・使用されている。ターボファンジェットエンジンではファンの代わりに出力軸を取り付ける必要があり、バイパス比の低いターボジェットエンジンでは排気側にフリータービンを取り付けて出力軸とするなどの変更が必要となるが、ターボシャフトエンジンやターボプロップエンジンではそのまま出力軸を使用することで他用途での利用が可能である。軽量型は航空用エンジンの特徴を備え、軽量化のためにケーシングや回転軸などが肉薄になっている。タービン部が輪切り状に分割出来るようになっている。(モジュラー構造)1軸から3軸と構成に幅がある。柔構造であり熱衝撃に強く、主要軸受けには転がり軸受けを、潤滑油には合成油を使用している。燃料は航空機用途は航空燃料が使用され、船舶や地上固定用途では軽油、天然ガス、LPガス等が使用される。始動時間が1-3分と素早く始動する。出力は比較的小さく最大でも40MW程である。補機類がケーシングの近くに付けられることが一般的である。船舶用エンジンとしてはもともと重構造型が使われていたが、1960年代後半から航空機用ジェットエンジンの転用が始まり、21世紀現在では船舶用でも軽量型のものが主体となっている。産業型や重量型とも呼ばれる重構造型は火力発電での蒸気タービンから発展してきたため、重量が重く容積が大きい。軽量化は不要であり、ケーシングや回転軸などが肉厚になっている。保守の利便の為に圧縮機・燃焼器・タービン部のケーシングが個別に上下2分割出来るが回転体は一体となっているものが多い。剛構造であり変形には強いが熱衝撃に弱い。主要軸受けにはすべり軸受けを、潤滑油には鉱物油を使用している。燃料は灯油、軽油、A重油、天然ガス、LPガスが使用される。始動時間が5-15分と少し遅い。出力は大きく最大350MW程である。補機類がケーシングとは別に設置されることが一般的である。再生サイクル、中間冷却サイクル、吸気加湿冷却システム、コンバインド発電、蒸気噴射システムなどを使って総熱効率を高める工夫が行なわれる[3]。マイクロガスタービン編集マイクロガスタービンの例(1)分散型発電機用としてマイクロガスタービンが開発され、コジェネレーションや再生器を使用して総合的な熱効率を高めるようになっている。小型で低価格にすることで事務所や商店等での利用が想定され、潤滑油を廃して空気軸受が使用されるなど、保守の手間を省くよう考慮されている。特殊なものとしては、直径12mm、厚さ3mmの円盤状で重さ1gの超マイクロガスタービンが、電気出力10-20W程度の発電用途に開発されている[3]。作動流体を加熱し、熱交換機等で作動流体を冷却又は作動流体を排気する事により稼働する外燃式ガスタービンに、熱の動きで分類される。ガスタービンにも、排気からの熱を燃焼前の作動流体に移す熱交換器が装備され、外燃式ガスタービン的要素を帯びる場合も多い。発電用のそれぞれでエンジンとして使用される。航空機用のガスタービンは、高温・高圧の排気ガスを後方に勢いよく噴射しその反作用で推進力を得るものから始まった歴史的経緯から、「ジェットエンジン」と通称される。2016年現在、実用化された有人航空機のジェットエンジンは全てがガスタービンエンジンであるが、ジェットエンジン=ガスタービンエンジン、ではない。ジェットエンジンの定義は、気流を後方に噴射・或は前方から気流を吸入し、その反作用で推進力を得る事であり、タービンを備える事ではないからだ。ミサイル等無人機ではパルスジェットエンジンやラムジェットエンジンなどのタービンを備えないジェットエンジンが実用化されている。それによる推力が過半を占める。一方で、航空機以外の用途に用いられるエンジンは、回転運動を取り出す目的で用いられるために「ジェットエンジン」とは呼ばず、ガスタービンエンジンと呼称するのが通例となっている。航空機でもプロペラやローターを備えるもののエンジンは、回転運動の取り出しと排気噴射の反作用の双方を用いる。こちらは「ターボプロップエンジン」もしくは「ターボシャフトエンジン」と固有の形式名で呼称され、ジェットエンジンないしガスタービンエンジンといった総称的な呼称で呼ぶ事は稀である。例外的であるが、レース用の自動車においては、回転運動のみならず排気噴射の反作用をも用いるものがある。高速実験や速度記録を作る目的で排気噴射の反作用を用いるエンジンを搭載した例があるが、そのエンジンはジェットエンジンと呼称された。ターボシャフトエンジンの内部カットモデル1940年代迄に開発された亜音速戦闘機、1950年代迄に開発された亜音速爆撃機や初期のジェット旅客機には、最も基本的なアフターバーナー無しのターボジェットエンジンが用いられた。超音速輸送機(SST)のコンコルドには、アフターバーナー付きのターボジェットエンジンが用いられた。ターボプロップエンジンが用いられている。近年のヘリコプターの多くはターボシャフトエンジンを用いており、排気の反作用よりもエンジンの回転軸出力を用いている。Tu-144などの機体はアフターバーナー装備の低バイパス比型ターボファンエンジンを使用する。亜音速・遷音速で飛行する一般的な旅客機や大型輸送機では、燃費が良く低騒音の高バイパス比型ターボファンエンジンが主に使用されている。航空機用のタービンブレードは、内部に冷却用の空気を流す穴があけてあり非常に複雑な構造となっている。1200°Cの温度に耐え、1万時間以上の寿命を持つ。価格は1枚70万円程度し、1セットで200枚程度あるとすると、全部交換して1億円以上かかる計算となる。現在の技術では、燃焼ガスに含まれる硫黄分により硫化しやすく、硫黄分が冷却穴を塞いでしまうので熱を溜め込み破断のうえエンジン停止をもたらす事故をしばしば起こしている。Unit:補助動力装置)が、推進用のジェットエンジンとは別に搭載されている場合が多い。これは空港に駐機中、機内で必要な電源や油圧を確保したり、ジェットエンジン本体の始動に必要な圧縮空気を発生させたりする際に使用されるものである。APU本体の始動にはバッテリー駆動のモータを使用するか、アキュムレーターによる蓄圧エネルギーを始動回転に用いる。燃料はジェット燃料が使用される。航空機の尾部に見られる小さな排気孔は、この排気用である。ガスタービンエンジンは、主機関に使用する他に船内発電用として、また、船に限らず地上のものと同様に非常用発電機のエンジンとして使用される。主機関として使用される場合には、一般的な減速ギヤー経由でプロペラシャフトへと接続されるものと、発電機で発電した電力で電動機を駆動するターボ・エレクトリック方式がある。減速ギヤーを使用するものでは、逆転用の歯車を組み合わせるものは少なく、可変ピッチプロペラによって逆進を行なうものが多い。航空機用ガスタービンエンジンから作られた軽量型のものは1基では出力に限界があり、大型船では複数のガスタービンエンジンを備える必要がある。大量の吸排気が必要となりこれらの大きなエアダクトが船体中央部を船底から煙突や船体上部まで貫くが、ガスタービンエンジンの定期保守にはエンジンそのものを陸上に上げる必要があり、保守利便性と空間の有効利用は矛盾するため、設計時に困難が伴う。於けるガスタービンエンジンは、航空用エンジンを舶用に転用したエンジンの採用が艦艇を中心に広まり、近年では高速性を重視する艦艇にも採用が進みつつある。船舶用は中間冷却機を備える事で熱効率を上げている。大型艦艇での採用は旧ソ連海軍とイギリス海軍が先鞭をつけた。トンの61型大型対潜艦(カシン型駆逐艦)は世界初のガスタービン推進の大型艦となった。(F84)(英語版)」をロールス・ロイス社のオリンパスTM1AとプロテュースによるCOGOG推進に改造して試験に供した。推進を経て、1973年の21型フリゲートや1975年の42型駆逐艦でオール・ガスタービン化されている。4基用いたCOGAG推進艦で世界最大のガスタービン推進艦となった。