航空機ピストンエンジン

航空ピストンエンジンは、シリンダー内のピストンの往復運動を利用してガス作動媒体の熱力学サイクルを完了し、燃料の化学エネルギーを機械エネルギーに変換する熱機械です。一般的な自動車に使用されているピストンエンジンと構造や動作原理は基本的に同じです。ストロークによって4ストロークと2ストロークに分けられます。シリンダーヘッドの冷却方法によって、液体（水）冷却とガス（空冷）冷却に分けられます。シリンダーの配置方法の違いにより、直列型、並列型、V型、X型、星型に分類されます。通常、V型やインライン型は液冷式がほとんどで、スター型はすべて空冷式です。

戦争の要因により航空エンジンの急速な発展が促進され、第二次世界大戦前後にピストンエンジン開発の「黄金時代」が到来しました。航空機の速度を上げるためには、まずエンジンの出力を上げる必要があります。エンジン出力を高める最も簡単で直接的な方法は、シリンダーの数を増やしてエンジンの排気量を増やすことです。 「フライヤー 1」のエンジンは 4 気筒のみでしたが、後に 28 気筒まで開発され (米国の「ホーネット」液冷ピストン エンジン)、米国の B-29「スーパー フォートレス」長距離爆撃機に搭載されました。エンジンのシリンダー数を増やすことに加えて、エンジン出力を高めるために以下の対策も講じることができます。
最初のステップは燃料から始まり、燃焼中のガソリンのノック防止性能（オクタン価）を向上させ、それによって燃焼前のシリンダー内の油ガス混合物の圧縮比を高め、熱効率と出力を向上させることです。この方法は、自動車のピストンエンジンで今でも広く使用されています。第二に、アフターバーナー技術を使用して水とメタノールの混合物をシリンダー内に噴霧し、短時間でエンジン出力を大幅に向上させます。この技術は当時、戦闘機のエンジンに広く使用されていました。もう一つの重要な対策は、ピストンエンジンから出る600～700℃もの高温・高圧の排気ガスをタービンに導入するターボチャージャーの使用です。タービンはコンプレッサーを駆動して吸入空気を加圧し、加圧された空気をシリンダー内に導入して燃焼させます。第二次世界大戦中、中国と米国が共同で開拓した有名なハンプルートでは、エンジンのターボチャージャーのおかげで、航空機は世界の屋根として知られるヒマラヤ山脈の上空を飛行することができました。ターボチャージャー技術は、今日の大型トラックに使用されているディーゼルエンジンに今でも広く使用されています。

しかし、飛行速度が上昇し続けると、エンジン出力がさらに増加し​​、ピストンエンジンの重量も急速に増加し、高速飛行の要件を満たすことができなくなります。一方、飛行速度が時速700キロメートルを超えるとプロペラの効率は急激に低下します。どちらの側面も飛行速度の増加を制限します。したがって、ピストン航空機エンジンとプロペラの組み合わせを使用する航空機が音速に到達したり、音速を超えたりすることは不可能です。飛行速度を上げるためには、より強力で軽量なジェットエンジンやガスタービンエンジンといった新しい航空機エンジンを開発する必要があります。