トウゴマの別名の「カスタービン
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GE 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(ガスターバインとも)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。[1]
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。また、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。
作動原理詳細は「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。燃焼ガスのエネルギーをタービンでできる限り回収して軸出力を取り出し、排気に仕事をさせない場合と、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って得る推力を出力の主体とする場合（ジェットエンジン）がある。@media screen{.mw-parser-output .fix-domain{border-bottom:dashed 1px}}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が、後述の燃焼器（加熱器）代わりのレシプロエンジンの前後で大きく圧力が変わり得る点が通常のガスタービンと異なる[疑問点 – ノート]。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。
ガスタービンエンジンは連続的に圧縮・燃焼・膨張・排気する「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。
この他、作動流体で化学燃焼させず、熱交換機・原子炉・電熱等で作動流体を加熱し、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。ま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
歴史
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。1920年（大正9年）、これまでの経験則的な理論から一歩進んで A. A. Griffith が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。
特徴丸の内シャトルに導入されたデザインラインのタービン電気バス
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。 航空機用の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。アームストロング・シドレー 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[3]。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。 アメリカ軍では航空機用のJP-8をガスタービンやディーゼルエンジンを搭載した車両の燃料として共通化している[要出典]。 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。また、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。
機関本体は出力の割に小型。
ただし出力の割に吸排気量が大きいため、航空機以外では大量の高温排気の処理や、吸気から塵を除くフィルター装置が大掛かりになる。艦船用や艦載機等では塩気対策も重要になる。
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。
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。但し船舶用大型ディーゼルエンジンでは燃料油清浄処理を前提に（内燃式）ガスタービンでの使用に耐えない低熱量単価のC重油が使用でき、蒸気タービンに至ると更に低熱量単価の石炭・核燃料・太陽熱・地熱・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、単体の熱効率はやや劣る。
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。）。
燃料
分類
軽量型と重構造型
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。重量が軽く容積が小さい。圧縮機・燃焼器・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。
重構造型
独シーメンス社製のガスタービンエンジンの内部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。1軸の構成が多い。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。
