なぜ航空機には灯油（ジェット燃料）が使われるのでしょうか？

今日、私たちはジェット機が灯油を燃やすのを当然のことと考えています。しかし、航空の初期の頃、飛行機は車と同じガソリンで動きました。なぜメニューがこれほどガラリと変わってしまったのでしょうか？この歴史は単なる燃料技術の物語ではありません。-安全性、性能、エンジニアリングのトレードオフの物語です-。

パート 1: ピストン時代 (1903 ～ 1940 年代) – ガソリンの短い統治
ライト兄弟の初飛行にはガソリンが使用された。初期の航空機はすべて自動車のエンジンと同様のピストン エンジンを使用していたため、ガソリンを選択するのは当然でした。

すぐに問題が発生しました。

エンジンのノッキング（爆発）: 出力を高めるためにパイロットはより高い圧縮比を必要としましたが、通常のガソリンでは自己発火して爆発してしまいます。{0}これにより、出力が低下したり、シリンダーが粉砕したりする可能性があります。

高揮発性: ガソリンは室温で容易に蒸発し、可燃性の蒸気を生成します。第一次世界大戦および第二次世界大戦中、多くの航空機が給油中に静電気の火花により発火または地上で爆発しました。

高地でのキャブレターの氷結: 吸気中の水蒸気が高地でキャブレター内で凍結し、エンジンをブロックします。初期のパイロットは、キャブレターに不凍液を手動で滴下しなければならないことがありました。

1930 年代に、Avgas としても知られる航空ガソリンの形で解決策が見つかりました。テトラエチル鉛と呼ばれる化学物質を燃料に添加することにより、オクタン価は 40 から 100/130、あるいはそれ以上に増加しました。この新しい燃料であるアヴガスは、P-51 マスタング戦闘機や B-29 スーパーフォートレス爆撃機など、第二次世界大戦の最も象徴的な航空機の動力源として使用されました。しかし、時間が経つにつれて、鉛の毒性影響が大きな懸念となり、オクタン価の限界に達したため、エンジニアは代替ソリューションを探すようになりました。

パート 2: ジェット革命 (1940 年代) – ガソリンは非難される
ジェットエンジンは1940年代に誕生した（ドイツのHe 178、イギリスのGloster E.28/39）。その燃焼室には、次のような燃料が必要でした。

高圧で噴射され安定して燃焼します。

本当にとても寒いときでも、水は簡単に流れます。-これは、巡航高度で上昇しているときに経験する温度のような -50 度または -58 度 F のことを話しています。

高圧燃料ポンプのプランジャーに注油します。-

ガソリンは 3 つのテストすべてに不合格でした。

プロパティ ガソリン ジェット エンジンの要件
引火点 ~ -43 度 (-45 度 F) - 非常に可燃性 > 38 度 (100 度 F) 安全のため
低温-流れは約 -40 度 (-40 度 F) で固まります -50 度 (-58 度 F) 以下で流れる必要があります
潤滑性が非常に悪い (乾燥) 燃料ポンプにある程度の潤滑性が必要
ディーゼル燃料も良い選択肢とは考えられていませんでした。その理由の 1 つは、非常に厚くて分解しにくいため、エンジンに使用するのが難しいことです。また、寒くなるとディーゼル燃料はさらに濃くなり、まるで蜂蜜のようにゆっくりと流れます。さらに悪いことに、時間の経過とともにエンジンに損傷を与える可能性のある不快なカーボン堆積物が残る可能性があります。

エンジニアは灯油に注目しました。灯油は、ガソリンのように軽すぎず、ディーゼルのように重すぎず、完璧な中間点であると考えられています。{0}。

パート 3: 灯油の勝利 (1950 ～ 1960 年代) – 基準の設定
英国が先導しました。1940 年代後半、デ・ハビランドはジェット旅客機「コメット」用の高純度灯油を開発し、Avtur (航空タービン燃料) と名付けました。-彗星が 1952 年に初めて飛行したとき、灯油が燃焼しました。

米国は適切な燃料を見つけるために試行錯誤のアプローチをとった。当初、アメリカ空軍は重質ガソリンに似た JP-1 と呼ばれる「ワイドカット」燃料を使用していました。-しかし、この燃料はコークスの堆積や漏れによる頻繁な火災の危険など、多くの問題を引き起こしました。その後、朝鮮戦争中、F-86 セイバー ジェットはガソリンと灯油の混合物である JP-4 を使用しました。 JP-4は凍結しにくい反面、可燃性が高く、地上での事故が多発した。

最終的な解決策:

軍用: JP-8 (1970 年代以降に採用) - 基本的に少量の帯電防止剤と氷結防止添加剤を含む灯油-。

飛行機の場合、主に Jet A と Jet A-1 の 2 種類の燃料があります。 Jet A は米国で使用され、凝固点が高く、Jet A-1 は他の国で使用され、-47 度または -53 度という非常に低い温度にも対応できます。時間が経つにつれて、これら 2 種類の燃料が全世界の標準になりました。

私たちは毎年、約 3,000 億リットルもの大量のジェット燃料を使用しています -。そして、ほぼすべてのジェット機、なんと 99% が灯油から作られた燃料で動きます。

パート 4: なぜ灯油が勝ったのか – 技術レビュー
燃料の引火点が高く、38 度または 100 度 F を超える場合、それは室温では裸火から発火できないことを意味します。これは、地上で燃料を取り扱うときや飛行中に燃料漏れがあった場合に火災の危険性を下げるため、非常に重要です。

低凝固点 (< -47°C / -53°F): Remains fluid at typical intercontinental cruise altitudes (around -50°C / -58°F).

熱安定性: 燃料油熱交換器（150 度 / 302 度 F を超える温度で動作）内で分解したり、精密燃料ノズルを詰まらせる可能性のある炭素堆積物を形成したりしません。{0}

優れたエネルギー密度: ガソリンよりも体積エネルギー密度が約 12% 高く、航続距離が長くなります。

適切な潤滑性: 高圧燃料ポンプのプランジャーに十分な潤滑性を提供します（ただし、最新の超-低硫黄-灯油には潤滑性向上剤の追加が必要な場合があります）。{0}

パート 5: 将来 – 灯油はいつまで主流になるでしょうか?
チャレンジャー 1: 持続可能な航空燃料 (SAF)
持続可能な航空燃料 (SAF) は、廃油、都市からのゴミ、農場の残り物などから作られます。これは化石から得られる灯油に非常に似ているので、今すぐその燃料と最大半分まで混合できます -。大きな計画は、2050 年までに炭素排出をまったくゼロにすることです。

チャレンジャー 2: 液体水素 (LH₂)
エアバスは、2035 年までに水素を燃料とする旅客機を導入する予定です。{0}水素は炭素排出量がゼロで、非常に高い重量エネルギー密度を持っています。ただし、その体積密度は非常に低いため、大きくて重い極低温タンクが必要です。水素脆化や爆発のリスクなどの課題は依然として残っています。

チャレンジャー 3: バッテリー-電気
500 km (310 マイル) 未満で飛行する小型地域航空機にのみ適用可能です。バッテリーのエネルギー密度は灯油の約 50 分の 1 なので、大型の長距離ジェット機には使用できません。-

今後長い間、おそらく 2050 年まで、大型飛行機は依然として灯油または研究所で作られた同様の燃料を使用するでしょう。このタイプの燃料はしばらく前から存在していますが、その機能は非常に優れており、これより優れたものを見つけるのは困難です。これは飛行機の標準語のようなもので、古いですが今でも最良の選択です。

エピローグ: 明らかな詳細
英国の技術者フランク・ホイットルは、1930 年にジェット エンジンの特許を取得しました。彼は当初、試験装置にガソリンを使用していましたが、計画どおりにはいきませんでした。エンジンが激しく振動し、発火缶が燃えてしまいます。イライラしたホイットルさんは灯油を試してみることにしました-、そしてそれは状況を大きく変えるものでした-。エンジンはすぐにスムーズに回り始めました。その時から、ガソリンが大型航空機にとって最良の選択ではないことは明らかでした。それはあまりにも不安定で、あまりにも速く、そしてあまりにも危険でした。一方、灯油は飛行の信頼できるパートナーであることが判明しました。そのゆっくりとした安定したペースは空にぴったりでした。