プロペラ旅客機がジェット旅客機より遅い理由 ～ 連載【月刊エアライン副読本】

【連載】ヒコーキがもっと面白くなる！ 月刊エアライン副読本
「空のエンターテインメント・メディア」として航空ファンの皆さまの好奇心と探究心にお応えすべく、航空の最前線、最先端技術などを伝えている月刊エアライン。そんな弊誌でテクニカルな記事や現場のレポートを中心に執筆に携わる阿施光南氏が、専門用語やテクノロジーをやさしく紹介するオリジナルコラムです。

　プロペラ旅客機がジェット旅客機よりも遅いのは、ひとつにはプロペラが音速の影響を受けやすいからだ。飛行機が音速に近づくと衝撃波が発生して抵抗が急増する。音速は温度によって変わるが、たとえばQ400が巡航する高度7,000ｍでの音速は約1,120km/hだ。

　しかしプロペラには機体の速度に加えて回転速度が加わるから、それよりずっと遅い速度から音速の影響を受け、効率よく推力を発生できなくなってしまう。

　プロペラ旅客機としては快速のQ400でも、巡航速度は650km/h程度だ。音速まではかなり余裕がありそうだが、このくらいが経済性や快適性との兼ね合いからも実用的な限界だろう。

　かつて日本にも就航していたソ連のTu-114は約750km/hで巡航できたそうだが、そのためには約1万5,000馬力のエンジンを四発（合計6万馬力）も装備していた。機体規模がまるで違うとはいえ、Q400は5,070馬力の双発（合計1万140馬力）だから、Tu-114はかなり強引にスピードを追求していたわけだ。

　ちなみに海上自衛隊のP-3C哨戒機も最大760km/hで飛行できるが巡航速度は648km/h、ベースになったL-188エレクトラ旅客機の巡航速度も600km/hだった。国内で数を増やしているATR72の巡航速度は500km/hでQ400よりも遅いが、エンジン出力はQ400の約半分の2,750軸馬力ですんでおり、燃料消費量も少ない。速度と燃費をどうバランスさせるかは、開発の狙いによっても違ってくるだろう。

　また音速の影響以外にも、プロペラ機には高速で不利になる理由がある。

　プロペラのブレードは飛行機の翼と同じく風を受けることで揚力を発生し、これが推力として使われる。ただし飛行機の翼は前進することで風を受けるのに対して、プロペラは回転することで風を受ける。飛行機が停止しているときにはプロペラは回転による風だけを受けるが、飛行機が前進すると前方からの風も加わってブレードが受ける風の角度（迎角）も変化する。そのため旅客機のプロペラは、ブレードの角度を速度に応じて適切に変えられるようにしている。ところが前進速度が増してブレードの角度が大きくなるほど発生する揚力の方向も傾き、推力となる前向きの成分は小さくなっていく。

　つまり高速になるほど効率が悪くなってしまうのである。

　ただし低速ではプロペラの効率はジェットエンジンよりもよく、離陸時の加速もいい。しかもジェット機よりも低速で飛ぶように作られているプロペラ機の主翼は、低速でも大きな揚力を発生するし、プロペラ後流を受ける主翼やフラップはさらに早くから揚力を発生する。それらがプロペラ機が短い滑走路で離着陸できる理由である。