マクドネル・ダグラスはなぜ 4 つのエンジンを搭載した DC-8 を製造したのでしょうか?

この航空機は航空史の中で極めて重要なアイコンとして存在し、米国の商用ジェット機時代の幕開けを告げました。ダグラス エアクラフト カンパニー (後にマクドネル エアクラフトと合併して 1967 年にマクドネル ダグラス社を設立) によって開発された DC-8 は、就航した最初の長距離ジェット旅客機の 1 つで、1958 年 5 月 30 日に初飛行を行い、1959 年 9 月 18 日に商業運航を開始しました。

この洗練されたナローボディのクアッドジェットは航空旅行に革命をもたらし、より高速な大陸横断および大西洋横断飛行を可能にし、乗客と貨物の両方にとって世界を縮小させました。特徴的な後退翼とその下に搭載された 4 つのポッドエンジンを備えた DC-8 は、航空がプロペラ駆動の航空機からジェット推進の驚異的なパワーに移行しつつあった第二次世界大戦後の時代の技術的な楽観主義を体現していました。

しかし、なぜエンジンが 4 つあるのでしょうか?や のような今日のワイドボディジェット機は、たった 2 つの大型ターボファンで世界を横断できるため、DC-8 の構成は過剰で、時代遅れにさえ思えるかもしれません。しかし、この設計の選択は決して恣意的なものではありませんでした。それは、1950 年代に蔓延した技術的制限、規制上の制約、安全上の義務、市場の要求の集合体に根ざしていました。詳しく見てみましょう。

DC-8 の 4 つのエンジンの物語は、1950 年代の航空界の地殻変動を背景にせずに語ることはできません。ダグラス エアクラフトは、DC-6 や DC-7 などのピストン エンジンの主力機で名声を築き上げ、10 年代の初めまでに米国の商用航空機の 80% 以上を占めていました。しかし、これらの航空機は巡航速度が時速 300 ～ 350 マイル程度と遅く、大西洋横断は 12 ～ 15 時間の過酷な試練に限定されていました。

変化のきっかけは、世界初の民間ジェット旅客機であるデ・ハビランド コメットが 1952 年 5 月に BOAC に就航したとき、大西洋の向こうからやって来ました。翼に埋め込まれた 4 基のターボジェットを搭載したコメットは、飛行時間を半分にし、気象の乱れを超えた高度でよりスムーズで静かな乗り心地を実現しました。その成功（短期間ではあったものの）により、ダグラスはジェット機の必然性を認識するようになり、DC-7 のジェット動力後継機の研究が「DC-8」というあだ名の下で開始されました。

同社は軍との契約も視野に入れていた。商業開発を補助する役割を果たす空中給油用のジェットタンカーを求めていた。ダグラスはタンカーの派生型を提案しましたが、1954 年にボーイングは 367-80 プロトタイプ (後の ) から派生した KC-135 ストラトタンカーの契約を勝ち取りました。この損失は打撃でしたが、これによりダグラスは完全に民間市場に軸足を移すことができ、1955 年 6 月に商用 DC-8 を発表しました。

DC-8 は、長さ 150 フィートのナローボディで横 6 席を備え、大陸横断および大西洋横断路線でエコノミー構成で最大 190 人の乗客を運ぶことができました。パンナム航空は 1955 年 10 月に 25 機の DC-8 を発注しました (20 機のボーイング 707 も同様に、大西洋横断ジェットサービスで最初になることを確実にするためのヘッジ賭けでした) と、ユナイテッド航空、デルタ航空、KLM オランダ航空などの他の航空会社もすぐに追随しました。この航空機は 1958 年に初めて飛行し、翌年デルタ航空に就航しました。

4 つのエンジンによるパワー

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DC-8 が 4 基のエンジンを搭載して設計された主な理由は、飛行するためだけにそれだけのエンジンが必要だったからです。 1950 年代の初期のジェット エンジンは軸流ターボジェットで、当時としては驚異的でしたが、バイパス比がゼロで非常に非効率でした。オリジナルの DC-8-10 型に使用されたプラット＆ホイットニー JT3C ターボジェットの最大推力は、わずか 13,500 lbf (54 kN) でした。これを文脈的に説明すると、これは最新のエアバス A320neo の翼の下にあるプラット＆ホイットニー PW1100G から得られる最大推力の約 3 分の 1 です。

最大推力を備えた各 DC-8 バリエーションで使用されるエンジン タイプ
-10	プラット＆ホイットニー JT3C ターボジェット	13,500 lbf (61 kN)
-20/30	プラット＆ホイットニー JT4A ターボジェット	17,000 lbf (76 kN)
-40	ロールスロイス コンウェイ ターボファン	17,500 lbf (78 kN)
-50/55/60	プラット＆ホイットニー JT3D ターボファン	18,000 lbf (80 kN)
-70	CFM International CFM56 ターボファン	22,000 lbf (98 kN)

その結果、273,000 MTOW を軌道に乗せるには、これらのエンジンのうち 4 基 (合計 54,000 lbf) が必要でした。十分に強力なジェットエンジンがまだ存在していなかったため、双発エンジン構成は単純に実現不可能でした。時間の経過とともに、ダグラスはエンジン技術を段階的に改良し、新しいバリエーションを展開しました。本当の進歩は、JT3D ターボファンを導入した -50 および -60 バージョンで実現しました。これにより、ターボジェットよりも 15 ～ 20% 燃費が向上しながら出力が向上しました。

興味深いことに、ダグラスは、最初のターボファンであり、ヴィッカース VC-10 に動力を供給したことで有名なロールスロイス コンウェイを搭載した -40 バージョンも提供しました。エンジンはより静かで効率的でしたが、当時米国の航空会社は外国製エンジンを敬遠していたため、販売が限られていました。生産終了に向けて、ダグラスは -70 型も提供しました。これは、JT3D エンジンをより燃料効率の高い CFM56 高バイパス ターボファンに置き換えることを含む、-60 型の直接的な変換でした。

安全のための4つのエンジン

DC-8 が 1950 年代半ばに設計されたとき、ターボジェット エンジンはまだ初期段階にありました。オリジナルの JT3C エンジンはまだ数年しか飛行しておらず、頻繁なフレームアウト、コンプレッサーの失速、タービンの故障に悩まされていました。 DC-8 の運用開始から最初の 5 年間で、同機は 100,000 飛行時間あたり平均 50 回の飛行停止を経験しました。これは、飛行時間 100 万時間あたり停止が 1 回未満である今日の最新のターボファンの故障率の 500 倍以上です。

エンジン故障によるDC-8の悲劇の有名な例
1961	ユナイテッド航空	着陸ロールアウト中に、左舷側の 2 基のエンジンとその逆推力システムが故障し、推力が非対称になり、航空機が滑走路から逸れて火災が発生しました。乗客18名が死亡した。
1966	ニュージーランド航空	訓練飛行中、飛行中に逆推力装置が展開し、離陸直後に制御を失い墜落した。乗組員5人のうち2人が死亡した。
1970	SAS	離陸に向けて地上走行中に、第 1 エンジンが制御不能の故障 (第 1 段コンプレッサー ディスクの爆発と分解) を起こし、火災が発生し、機体は急速に燃え上がり、破壊されました。幸いなことに、乗客と乗員は全員無事に避難しました。

ダグラスが翼の下のパイロンに取り付けられた 4 つのポッドにエンジンを配置した主な理由は、安全のためでした。彼らは彗星から、翼にエンジンを埋め込むと頻繁にエンジンが故障して構造が損傷する危険性があることを学んでいました。翼上でそれらを分離しておくことで、故障したエンジンが周囲の他の正常なエンジンに損傷を与えるリスクも最小限に抑えることができました。

しかし最も重要なことは、ターボジェットと初期のターボファンの信頼性が低下したため、冗長性を確保するために 4 つのエンジンが必要になったことです。 DC-8 は、エンジン故障が発生した可能性がそれほど高くない場合、たとえ回転中に故障が発生した場合でも、3 つのエンジンで足を引きずりながら走行できるように特別に設計されました。繰り返しになりますが、ツインジェットまたはトライジェット構成は選択肢ではありませんでした。なぜなら、航空機を地面から離陸させるのに十分な出力がなければ、1 つまたは 2 つのエンジンだけでは安定した飛行を維持する能力がさらに低くなるからです。

コンプライアンスのための 4 つのエンジン

エンジンの故障に関連して、規制当局のコンプライアンス要件からも 4 基のエンジンの冗長性が必要になりました。射程延長双発運用 (ETOP) の概念はまだ 30 年近く先のことであり、当時の双発ジェット機は重大な制限のもとで運用されていました。 CAA（民間航空局、FAAの前身）はツインジェット機が「60分ルール」に従って運航することを義務付け、これは1つのエンジンで代替空港から60分以内のルートに限定されることを意味する。

大洋横断飛行用に設計された DC-8 の場合、60 分ルールはまったく非現実的であり、製品としては成り立たなかったでしょう。最初の注文から、パンナム航空、ユナイテッド航空、KLMオランダ航空、スイス航空などのDC-8の顧客は、ニューヨークからロンドン、またはアムステルダムからワシントンDCを結ぶ能力を理由にこの航空機を購入しました。

4 つのエンジンを備えた航空機を設計することで、ダグラスは最初から 60 分のルールから免除されることができました。 1960 年代半ばまでに、これはクワッドジェット機の迂回空港から 120 分に正式化されましたが、最終的にはボーイング 747 が登場するまでに完全に廃止されました。そのため、主な理由ではありませんが、DC-8 は規制遵守要件を満たすために 4 つのエンジンを搭載して設計されました。

競合他社に匹敵する 4 つのエンジン

ダグラス社はまた、対象顧客の期待に従って DC-8 を設計する必要がありました。上で述べたすべての理由から、パンナムのような航空会社は 4 基のエンジンを搭載した航空機を期待しており、ボーイング社からその設計をボーイング 707 の形で提供されていました。最終的には、コンベアやヴィッカースなどの他のメーカーが最終的にそうしたのと同じように、ダグラス社も当時の顧客ベースの期待に応える以外に選択肢はありませんでした。

DC-8の主な競合他社
	デ・ハビランド彗星	ボーイング707	コンベア990	ビッカース VC-10
長さ	93フィート	152フィート	139フィート	158フィート
乗車定員	44	194	149	151
エンジン (初期型)	4×R-Rエイボン	4×P&W JT3D	4×GE CJ805	4×R-Rコンウェイ
初飛行	1949	1957	1961	1962
建造数	114	865	37	54

しかし、これらのメーカーは、灯油を噴射するクアッドジェットが非常に非効率であることをよく知っていました。 1960 年代に最初の DC-8 と 707 が就役したときでさえ、代替エンジン構成を模索していました。ボーイングは最終的に、短距離から中距離の狭胴機向けにトライジェット (727) とツインジェット (737) の両方の設計を進めましたが、上記とほぼ同じ理由で 747 ではクアッドジェットのレイアウトを維持しました。ダグラス社は財務状況が弱かったため、短距離用の DC-9 ツインジェットのみに注力できましたが、10 年代の終わりに向けてワイドボディ DC-10 のトライジェット構成に移行しました。

DC-8 の遺産

ダグラス社はロングビーチ工場で 13 年間にわたって 556 台の DC-8 を生産し、最後のタイプは 1972 年 4 月にラインオフされ、 に納入されました。これはボーイングが 707 で達成した生産上の成功には遠く及ばなかったが、DC-8 は市場の変化に合わせて進化し続けることで長年にわたってその実力を証明することになる。

1970 年代の騒音規制により、110 機のエンジンを CFM56 ターボファンで再設計したスーパー 70 シリーズが誕生しました。これにより、より静かで効率が 23% 向上し、航続距離が 6,000 マイルまで延長されました。この改修により、石油危機中および石油危機後の燃料費高騰の中でも DC-8 は存続可能でした。 ETOPS の出現により、ボーイング 767 のようなツインジェット機の価格が安くなったことが証明されました。それでも、DC-8 の 4 つのエンジンは、効率よりも信頼性が優先される貨物輸送での寿命を保証しました。最後の例は、このタイプが最初に飛行してから 60 年以上が経過した 2020 年に貨物輸送から引退しました。

要約: マクドネル ダグラス (旧姓ダグラス) は、1950 年代に信頼性の高いツインジェットや ETOPS が存在しなかった時代のパワー、安全性、規制順守の要求から、4 つのエンジンを搭載した DC-8 を製造しました。この選択により、航空業界をジェット時代へと押し上げた象徴的な航空機が誕生し、世界中の空に消えることのない足跡を残しました。