航空学において、ダクテッドファンとは、円筒形のダクトまたはシュラウド内に取り付けられた推力発生用の機械式ファンまたはプロペラです。他の用語には、ダクテッドプロペラ、シュラウデッドプロペラなどがあります。^[¹^]垂直離着陸（VTOL ）用途で使用される場合は、シュラウデッドローターとも呼ばれます。^[²^]

ダクテッドファンは、飛行機、飛行船、ホバークラフト、動力付きVTOL航空機など、多くの種類の乗り物で推進力または直接揚力を得るために使用されます。多くの現代の旅客機で使用されている高バイパスターボファンエンジンは、ダクテッドファン設計の非常に成功した一般的な使用例です

ダクトは、自由大気中の同サイズのプロペラと比較して推力を増加させます。ダクトファンは静音性に優れ、推力偏向に適しています。シュラウドは、地上要員が回転するブレードに誤って接触するのを防ぐだけでなく、ブレード自体を外部の破片や物体から保護します。ダクトの断面積を変えることで、設計者はベルヌーイの定理に従って気流の速度と圧力を調整できます

欠点としては、シュラウド構造の追加による重量増加、ブレード先端とシュラウドのクリアランスの許容誤差精度の必要性、自由空気プロペラに比べて優れた振動制御の必要性、複雑なダクト設計要件などが挙げられます。最後に、迎え角が大きい場合、シュラウドが失速し、大きな抗力が生じる可能性があります。

設計

ダクテッドファンは、3つの主要部品で構成されています。推力または揚力を提供するファンまたはプロペラ、ファンを囲むダクトまたはシュラウド、そしてファンに動力を供給するエンジンまたはモーターです。

ファン

他のファン、プロペラ、ローターと同様に、ダクテッドファンはブレードの数によって特徴付けられます。ライン・フルークツォイクバウ（RFB）SG 85は3枚のブレードを備えていましたが、ダウティ・ロートル・ダクテッド・プロパルサーは7枚のブレードを備えていました。^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}ブレードは固定ピッチまたは可変ピッチの場合があります。参照：ファン（機械）

ダクト

ダクトまたはシュラウドは、ファンを取り囲み、ブレードの先端にぴったりとフィットする空力リングです。飛行荷重を受けて変形したり、回転するブレードに接触したりしないよう、十分な剛性を確保する必要があります。ダクトにはいくつかの機能があります。

主に、ブレードの端を流れる空気によって発生する渦を減らします。これにより、空気力学的損失または抗力が低減され、ファンの全体的な効率が向上します。そのため、ファンは推力と航空機の性能を向上させるために使用することも、同等の自由プロペラよりも小型にすることもできます。

ダクトは音響シールドを提供し、エネルギーの無駄が削減されることで、プロペラからの騒音を大幅に削減します。^{[ 4 ]}

ダクトは保護装置として機能し、地上スタッフなどの物体を回転するブレードに衝突させないように保護し、そのような衝突時のブレードの損傷を防ぎ、プロペラが故障した場合に航空機の胴体と内容物（乗組員、乗客、燃料タンク、油圧システムなどを含む）を衝撃による損傷から保護します

翼端渦の減少は、ファン後流の乱流も減少することを意味します。慎重に設計することで、エンジン冷却システムからの加熱された排出物を低乱流のファン後流に注入し、推力を高めることができます。^{[ 4 ]}

動力装置

ダクテッドファンは、ファンを回転させることができるあらゆる種類のモーターで駆動できます。例としては、ピストン式、ロータリー式（ヴァンケル式）、ターボシャフト式燃焼エンジン、電気モーターなどがあります。

ファンは、動力装置の出力軸に直接取り付けることも、延長された駆動軸とギアを介して遠隔駆動することもできます。遠隔配置では、複数のファンを1つの動力装置で駆動することができます。

ダクテッド推進

全体が一つの統合ユニットとして設計されたアセンブリは、ファンポッドまたはダクト推進装置と呼ばれます。^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

ポッドアプローチの利点は、各コンポーネントの設計を互いに一致させることができるため、性能を最大化し、重量を最小限に抑えることができることです。また、機体設計者の機体とそのシステムとの統合作業も容易になります。

制限事項

良好な効率を得るには、ブレード先端とダクト間の隙間を非常に小さくする必要があります。
回転速度、推力レベル、対気速度が低い場合、効率の利点は減少し、逆転する可能性もあります。
自由プロペラまたはローターと比較して、振動レベルを低減する必要があります。
ダクトの設計が複雑で、高度な複合材料で製造されていても重量が増加します。
迎え角が大きい場合、ダクトの一部が失速し、空気抵抗が発生します。^{[ 5 ]}

用途

航空機で使用される最も一般的なダクテッドファンの配置はターボファンエンジンで、ファンを回転させる動力はガスタービンによって供給されます。高バイパス比ターボファンは民間航空機に使用され、軍用戦闘機はファン径が小さい低バイパス比ターボファンの優れた高速性能を必要とします。しかし、ダクテッドファンは、レシプロエンジン、ヴァンケルエンジン、電気モーターなど、あらゆる軸動力源で駆動できます。ファンテールまたは商標名フェネストロンとして知られるダクテッドファンの一種は、ヘリコプターのテールローターの代わりにも使用されます。

ダクテッドファンは、ロッキード・マーティンF-35ライトニングIIなどのVTOL機や、ホバークラフトなどの低速設計において、高い推力対重量比のために好まれています

場合によっては、シュラウド付きローターはオープンローターよりも94%効率が高くなることがあります。この性能向上は主に、外向きの流れが収縮しにくくなり、より多くの運動エネルギーを運ぶためです。^{[ 6 ]}

模型飛行機愛好家の間では、ダクテッドファンは高性能なラジコン模型飛行機の製作者に人気があります。グロープラグエンジンとダクテッドファンユニットを組み合わせたものは、スケールサイズのジェット機を模型化する最初の実現可能な手段でした。模型用ターボジェットエンジンの導入にもかかわらず、電動ダクテッドファンは小型で低コストの模型飛行機で依然として人気があります。一部の電動ダクテッドファン飛行機は、時速200マイル（320km/h）以上の速度に達することができます

コンピューターで使用されるほとんどの冷却ファンには、ファンアセンブリに統合されたダクトが含まれています。このダクトは、ファンを他のコンポーネントに機械的に取り付けるためにも使用されます。

参照

鳥類用ジャイロプレーン
ダクテッドプロペラ - 回転しないノズルを備えた船舶用プロペラ
ギアードターボファン - ファンを駆動するためのギアボックスを備えたターボファンエンジン
RFBファントレーナー - ドイツの練習機

参考文献

^ Anita I. AbregoとRobert W. Bulaga、「ダクテッドファンシステムの性能研究」、2022年3月27日アーカイブ、 Wayback Machine にて公開、NASA、2002年。
^ Kotwani, Kailash、「ダクテッドファンまたはシュラウド付きローターの空力特性と小型VTOL航空機への応用」、2009年。（2022年3月22日閲覧。）
^ ^a ^b Jane's All the World's Aircraft 1980-81、Jane's、1980年、p.704
^ ^a ^b ^c ^d Jane's All the World's Aircraft 1980-81、Jane's、1980年。p.725。
^ 「Jon Longbottom - Mechanical aeronautics、論文（PDF形式）」（PDF）。 2014年1月2日にオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年1月2日閲覧。
^ Pereira, Jason L. Hover and wind-tunnel testing of shrouded rotors for improved micro air vehicle design、 Wayback Machineに2014年5月17日にアーカイブ。p147+p11。メリーランド大学、2008年。アクセス日：2015年8月28日。

[1] Anita I. AbregoとRobert W. Bulaga、「ダクテッドファンシステムの性能研究」、2022年3月27日アーカイブ、 Wayback Machine にて公開、NASA、2002年。

[kotwani-2] Kotwani, Kailash、「ダクテッドファンまたはシュラウド付きローターの空力特性と小型VTOL航空機への応用」、2009年。（2022年3月22日閲覧。）

[jane1980r-3] Jane's All the World's Aircraft 1980-81、Jane's、1980年、p.704

[jane1980d-4] Jane's All the World's Aircraft 1980-81、Jane's、1980年。p.725。

[5] 「Jon Longbottom - Mechanical aeronautics、論文（PDF形式）」（PDF）。 2014年1月2日にオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年1月2日閲覧。

[Pereira-6] Pereira, Jason L. Hover and wind-tunnel testing of shrouded rotors for improved micro air vehicle design、 Wayback Machineに2014年5月17日にアーカイブ。p147+p11。メリーランド大学、2008年。アクセス日：2015年8月28日。

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