JP2003526800A - 画定された空間用の能動型ノイズ制御システム - Google Patents
画定された空間用の能動型ノイズ制御システムInfo
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Abstract
Description
出願人が有する米国仮出願第60/056710号の名称“密室用の構造−支持
能動型ノイズ制御”の優先権の利益を受けるものである。
特に、ヘリコプタ機室内の望ましくない音響ノイズを低減させるための能動型ノ
イズ制御システムに関する。
は、メインロータアッセンブリ、メインギアボックス、エンジン、テールロータ
アッセンブリ、油圧システム、動的空気力といった、ノイズを発生する多数の振
動源が存在するが、メインギアボックスから生じる高振動数の構造−起因振動は
、内部の音響ノイズつまり操縦室内および/または機室内に最も影響を及ぼす。
92TMは、シコルスキーエアクラフトコーポレイション社の商標である)では、
メインギアボックスは3段の減速ギアを備えている。各エンジンの出力用である
第1段は、入力および出力のベベル歯車装置からなり、第2段は、メインベベル
・ギアを駆動する2つの駆動用ベベル・ピニオンを備えており、最終段は、積み
重ねられて連結された遊星歯車列からなり、この遊星歯車列は、太陽歯車とかみ
合う複数の1次遊星歯車と、固定リング歯車とかみ合う2次遊星歯車と、を有す
る(S−92ヘリコプタのメインギアボックスについてのより詳細な説明は、キ
ッシュに付与され、ユナイテッドテクノロジーズコーポレイション社に譲渡され
た米国特許第5,472,386号の“ヘリコプタ用の改善されたパワートレー
ンシステムのための積み重ねられて連結された遊星歯車列”に記載されている)
。
持部材を介してヘリコプタの機体構造と結合し、機体構造の多数の固有モードの
振動出力が発生する。このような振動出力によって操縦室および/または機室の
音響空間の音響固有モードが励起され、ヘリコプタの操縦室内および/または機
室内の望ましくない音響ノイズレベルが発生する。
ノイズレベルは、主に、積み重ねられた遊星歯車列の2次遊星歯車と固定リング
歯車との間の歯車のかみ合いから発生した高振動数の振動に起因するものである
。図1に示されているように、S−92ヘリコプタのメインギアボックスの第1
減速段および第2減速段から発生する振動、および1次遊星歯車と太陽歯車との
間の歯車のかみ合いから生じる振動は、非常に高い振動数2,4A,4B(10
00Hz以上)で起こり、機室内および/または操縦室内の音響ノイズを発生さ
せる。この音響ノイズは、2次遊星歯車と固定リング歯車との間の歯車のかみ合
いから発生する音響ノイズ(これは基本振動数6である約687.7Hz(Nr
100%)で起こり、約618.9Hz(Nr90%)〜約722.1Hz(N
r105%)の間で変動する)よりも小さい。さらに、2次遊星歯車と固定リン
グ歯車との間の歯車のかみ合いから生じる高振動数の振動によって、機室内およ
び/または操縦室内の音響ノイズが発生する。この音響ノイズは、会話妨害範囲
に入るため、望ましくないものとなる。
よっては効率的に低減されない。音響パネルまたは音響ブランケットといった受
動型処置は、非常に高い振動数の発生音響ノイズに部分的に効果があるが、30
0〜1000Hzの範囲の発生音響ノイズに対しては効果が十分ではない。加え
て、このような音響パネルもしくは音響ブランケットの利用による重量の増加は
、ヘリコプタの性能に悪影響を及ぼす。
構造との間のインターフェースに振動絶縁装置を用いるものがある。このような
振動絶縁装置は、固有の柔軟性を有するため、音響ノイズを発生する高振動数の
振動のうち緩和されたもののみをヘリコプタ機体に伝達する。しかし、このよう
な振動絶縁装置は、ヘリコプタの1次荷重経路内に導入される必要があるため、
定常飛行荷重でのギアボックスの振れに起因して、エンジン−トランスミッショ
ンドライブシャフトの振れが高速となる可能性がある。このトランスミッション
ドライブシャフトの振れによって、シャフトの信頼性が悪化し、かつ飛行制御シ
ステムに間違ったコマンドが送られる可能性もある。
された米国特許第5、310,137号の“ヘリコプタ能動型ノイズ制御システ
ム”(以下で“‘137特許”とする)には、ヘリコプタ用の能動型ノイズ制御
システムが開示されている。この能動型ノイズ制御システムは、ギアボックス/
機体インターフェースでギアボックスから発生する1つあるいは複数の高い振動
数の振動を除去し、これによってヘリコプタの内部のノイズレベルを著しく低減
させるものである。この能動型ノイズ制御システムは、必要となるアクチュエー
タの数を減少させるように設計上最適化されているとともに、システムのアクチ
ュエータの運転から生じる有害な力を減少させるように設計上最適化されている
。この能動型ノイズ制御システムは、機械的に強化されていることによって1つ
あるいは複数の高振動数の振動に対して剛体として機能する改善されたトランス
ミッション梁と、この改善されたトランスミッション梁と組み合わせて配置され
た複数のアクチュエータと、この改善されたトランスミッション梁と組み合わせ
て同一直線上で離間されるとともに各アクチュエータと機能上相関した複数のセ
ンサと、個々のアクチュエータをそれぞれ機能上相関したセンサに接続するコン
トローラと、を備えている。
ション梁上のアクチュエータおよびセンサの配置によってセンサ位置での高振動
数の振動が局部的に除去されるが、センサおよびアクチュエータの位置がギアボ
ックス/機体インターフェースから離れていることにより、ギアボックス/機体
インターフェースとセンサ位置との間の間隙を通って高振動数の振動がヘリコプ
タ機体に“リーク”する恐れがあることである。従って、センサからコントロー
ラにデータが送られ、コントローラにより除去された高振動数の振動が示される
ようになっているが、それでもなお、望ましくない音響ノイズが機室内に発生す
る可能性がある。
的に低減させる、画定された空間のための能動型ノイズ制御システムを提供する
ことである。
るための画定された空間用の能動型ノイズ制御システムを提供することであり、
この画定された空間では、望ましくない音響ノイズは、振動源から起こる高振動
数の構造的振動によって発生する。
い音響ノイズを低減させるための能動型ノイズ制御システムによって達成される
。この画定された空間では、望ましくない音響ノイズは、高振動数の構造的振動
によって発生し、この構造的振動は、画定された空間に構造的インターフェース
で構造的に連結された振動源から起こる。
ズを感知するために画定された空間に関連して配置されたセンササブシステムと
、構造的インターフェースに近接して配置されたアクチュエータサブシステムと
、センササブシステムをアクチュエータサブシステムに機能的に接続するコント
ローラと、を備えており、コントローラは、センササブシステムからの入力を受
信し、これに応答して、選択された高い振動数の逆振動を発生させるために命令
信号をアクチュエータサブシステムに送ることが可能なものである。この逆振動
は高振動数の構造的振動と干渉し、これによって画定された空間内の望ましくな
い音響ノイズが減少するようになっている。
て容易に理解されるだろう。詳細な説明では、本発明を遂行するための最適な形
態を単に図示することによって、本発明の好適な実施例が示されるとともに説明
されている。認識されるように、本発明から逸脱することなく、本発明に様々な
形態での変更が可能である。従って、図および説明は、制限的なものではなく、
全く例示的なものとみなされるべきである。
して、対応する部材つまり同一の部材を示している。図2は、シコルスキーエア
クラフトコーポレイション社のS−92TMヘリコプタ10(S−92TMはシコル
スキーエアクラフトコーポレイション社の商標である)の概略図である。ヘリコ
プタ10は、ヘリコプタ10の機室14内の望ましくない音響ノイズを低減させ
るために、本発明の特徴を有する能動型ノイズ制御システム12を備えている。
本願では、機室14は、ヘリコプタ10の操縦室15および他の内部区画(図示
せず)を有することも可能である。
当該技術分野で周知なように、メインギアボックス16によって、タービンエン
ジン(図示せず)がヘリコプタ10のメインロータ駆動軸11およびテールロー
タ駆動軸(図示せず)に機械的に連結されており、タービンエンジンから各駆動
軸へとトルクが伝えられるようになっている。メインギアボックス16が複数の
メインギアボックス支持部材20に固定されるように、メインギアボックス16
は複数の取付脚部18を備えており、このために複数の構造的インターフェース
22が固定位置で画定される。図2および図3を参照すると、複数のメインギア
ボックス支持部材20は、機室14を画定している機室構造24に構造的に連結
されている。
ンササブシステム26と、構造的インターフェース22に隣接したアクチュエー
タサブシステム28と、センササブシステム26をアクチュエータサブシステム
28に機能上接続するコントローラ30と、を備えている。
ン32を備えており、これらのマイクロフォン32は機室14内に配置されてい
る。機室14内に望まれる全体的な音響ノイズ低減の程度、特定数のマイクロフ
ォン32を配備することに伴うコスト、および選択した数のマイクロフォン32
から発生した信号を処理するのに必要あるいは用いられる計算能力、を含めたい
くつかの要素に依存して、マイクロフォンの数および位置は変えられる。代わり
の実施例として、図2Aに示されるように、センササブシステム26は、機室構
造24と組み合わせて複数の一般的な加速度計33を備えることも可能である。
さらに他の代わりの実施例として、センササブシステム26は、機室14内に配
置されたマイクロフォン32と、機室構造24と連結された加速度計33と、を
組み合わせて備えることも可能である。
は、複数の慣性質量アクチュエータ34を備えており、これらの慣性質量アクチ
ュエータ34は、メインギアボックス16の取付脚部18に関連して配置されて
いる。各取付脚部18は、複数のフランジ36,37,38を備えており、これ
らのフランジ36,37,38は取付脚部18から延びている。複数のフランジ
36,37,38は構造的インターフェース22から僅かに離間されており、各
フランジ36,37,38は少なくとも1つのアクチュエータ34を受容するよ
うに構成されている。さらに詳細には、図4および図5に示されているように、
フランジ36は、2つの係合面36a,36bを有しており、各係合面36a,
36bには、ねじ付き孔40が各係合面36a,36bの平面に対して垂直に設
けられている。各ねじ付き孔40は、アクチュエータ34内を延びるねじ付きボ
ルト2を受容するように構成されている。フランジ36では、ねじ付きボルト4
2がねじ付き孔40内に固定された状態でアクチュエータ34が垂直軸に沿って
整列するように、係合面36a,36bが方向付けされている。開示された実施
例では、フランジ37は1つの係合面37aを有しており、フランジ38は3つ
の係合面38a,38b,38cを有しており、これによって互いに垂直な軸に
沿ってアクチュエータが取り付けられるようになっている。この実施例の累積的
な効果は、様々なフランジ36,37,38に取り付けられたアクチュエータ3
4が平行軸および垂直軸に沿って整列することである。
軸に沿って取り付けられるように、フランジ36,37,38の各係合面が構成
/方向付けされることも可能である。
チュエータ34の数および向きによって、各構造的インターフェース22におい
てアクチュエータ34から発生する力および/またはモーメント(すなわち自由
度)が決まる。従って、代わりの実施例として、特定用途への動作上の要求に適
合するように、アクチュエータ34およびフランジ36,37,38の数および
向きを、述べられた実施例とは異なるようにすることも可能である。上述された
実施例では、慣性質量アクチュエータ34がねじ付きボルト42によって係合面
36a,36b,37a,38a,38b,38cに固定されているが、代わり
の実施例として、一般的な取付技術によって他の一般的なアクチュエータを構造
的インターフェース22の付近に配置し、これによって機室14内の望ましくな
い音響ノイズを低減させるための高振動数の逆振動を発生させることも可能であ
る。
ら受信し、これに応答して、コントローラ30のプログラミングに従って命令信
号をアクチュエータ34に送信する一般的なタイプのものである。開示された実
施例では、電気式増幅器31がコントローラ30とアクチュエータ34との間に
配置されており、これによってアクチュエータ34に送信された命令信号が増幅
されるようになっている。
ら高振動数の振動が発生する。この振動は、取付脚部18から構造的インターフ
ェース22を通って複数のメインギアボックス支持部材20に伝わり、続いてメ
インギアボックス支持部材20から機室構造24に伝わり、続いて音響ノイズと
して機室14内に伝わる。S−92ヘリコプタ10についての実施例では、2次
遊星小歯車(図示せず)と固定リング歯車(図示せず)との間の歯車のかみ合い
によりメインギアボックス16から生じる、687.7Hz(Nr100%)の
基本振動数(図1の6)を有する高振動数の振動が機室14に伝わると、音響ノ
イズが発生する。このために、開示された実施例では、メインギアボックス16
から発生する高振動数の構造的振動が約618.9Hz(Nr90%)から約7
22.1Hz(Nr105%)の範囲で低減するように、能動型ノイズ制御シス
テム12が最適化されるため、機室14内の音響ノイズはこれらの周波数の間で
低減される。しかし、代わりの実施例として、特定のヘリコプタあるいは他の装
置の動作特性に依存して、他の振動数を有する高振動数の構造的振動および音響
ノイズ、もしくは組み合わせられた振動数が低減するように、能動型ノイズ制御
システム12を最適化することも可能である。
る望ましくない音響ノイズはマイクロフォン32によって検知され、マイクロフ
ォン32からコントローラ30に信号が送られる。コントローラ30によって、
望ましくない音響ノイズの振動数および大きさが示される。コントローラ30に
よって、マイクロフォン32から受信された信号がフィルターに通され、これに
よって低減する対象とされた周波数(つまり望ましくない音響ノイズ周波数)が
特定される。マイクロフォン32からコントローラ30への信号の入力に平行し
て、コントローラ30は、メインギアボックス16内の回転歯車(図示せず)と
関連して配置されたタコメータ(図示せず)から入力29を受ける。これによっ
て能動型ノイズ制御システム12の基準位相が規定される。続いて、マイクロフ
ォン32およびタコメータから受信された信号に一般的な最小分散制御アルゴリ
ズムを組み合わせて利用することによって、コントローラ30から命令信号が電
気式増幅器31を通して複数のアクチュエータ34のそれぞれに送られ、これに
よって高周波数の構造的逆振動が構造的インターフェース22に発生する。これ
らの高振動数の構造的逆振動は、コントローラ30によって大きさ、振動数およ
び位相が最適化されることによって高振動数の構造的振動と干渉するものとなり
、これによって構造的インターフェース22を通過する高振動数の構造的振動の
伝達が低減し、機室14内の望ましくない音響ノイズが低減する。
ックス16および機室14に関連して配置されているが、代わりの実施例として
、本発明は、振動源と構造的に連結されている画定された空間(例えば、ヘリコ
プタの機室およびテールのギアボックス、自動車内部およびエンジン)に組み合
わせて配置することも可能である。加えて、代わりの実施例として、その画定さ
れた空間は完全に囲まれる必要はなく、1つの構造もしくは複数の構造によって
少なくとも一部分が画定された空間を備えるようにすることも可能である。
に理解されるだろう。以上の明細書を読んだ後で、本願で広く開示したように、
様々な変更、等価物の代用および本発明の様々な他形態を生み出すことが当業者
にとって可能であるだろう。従って、本願で認められた保護は、付随の請求項に
含まれる限定およびそれらの等価物によってのみ制限される。
する振動の振動スペクトルを示すグラフ。
図。
ズ制御システムの部材を示している。
能動ノイズ制御システムの部材が取り除かれている。
Claims (19)
- 【請求項1】 画定された空間内の望ましくない音響ノイズを低減させるため
の能動型ノイズ制御システムであって、前記の望ましくない音響ノイズは、高振
動数の構造的振動から生じるものであり、前記構造的振動は、構造的インターフ
ェースで画定された空間に構造的に連結された振動源から発生するものであり、
前記能動型ノイズ制御システムは、 (a)画定された空間内の望ましくない音響ノイズを感知するために前記画定
された空間に関連した状態で配置されたセンササブシステムと、 (b)前記構造的インターフェースの付近に配置されたアクチュエータサブシ
ステムと、 (c)前記センササブシステムを前記アクチュエータサブシステムに機能上接
続するコントローラと、を備えており、前記コントローラは、前記センササブシ
ステムから入力を受信し、これに応答して、選択された高振動数の逆振動を発生
させるために命令信号を前記アクチュエータサブシステムに送ることが可能なも
のであり、前記逆振動は前記の高振動数の構造的振動と干渉し、これによって前
記画定された空間内の前記の望ましくない音響ノイズが低減されるようになって
いることを特徴とする能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項2】 前記画定された空間は、囲み構造によって画定された囲い領域
を備えていることを特徴とする請求項1記載の能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項3】 (a)前記囲い領域はヘリコプタの機室であり、 (b)前記囲み構造は機室構造であり、 (c)前記振動源はギアボックスであり、 (d)前記構造的インターフェースは、前記ギアボックスを前記機室構造に構造
的に連結させる複数の支持部材であることを特徴とする請求項2記載の能動型ノ
イズ制御システム。 - 【請求項4】 前記アクチュエータサブシステムは複数の構造的アクチュエー
タを備えており、前記構造的アクチュエータは前記複数の支持部材と組み合わせ
られて配置されていることを特徴とする請求項3記載の能動型ノイズ制御システ
ム。 - 【請求項5】 前記センササブシステムは複数のマイクロフォンを備えており
、該マイクロフォンは、前記のヘリコプタの機室に関連した状態で配置されてい
ることを特徴とする請求項3記載の能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項6】 前記コントローラは、さらに、タコメータの入力信号を受信し
、これによって前記アクチュエータサブシステムに送られる前記命令信号に位相
基準を提供することを特徴とする請求項1記載の能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項7】 構造によって画定された空間内の望ましくない音響ノイズを低
減させるための能動型ノイズ制御システムであって、前記の望ましくない音響ノ
イズは、高振動数の構造的振動から生じるものであり、前記構造的振動は、構造
的インターフェースで前記構造に構造的に連結された振動源から発生するもので
あり、前記能動型ノイズ制御システムは、 (a)前記の高振動数の構造的振動を感知するために前記構造に関連した状態
で配置されたセンササブシステムと、 (b)前記構造的インターフェース付近に配置されたアクチュエータサブシス
テムと、 (c)前記センササブシステムを前記アクチュエータサブシステムに機能上接
続するコントローラと、を備えており、前記コントローラは、前記センササブシ
ステムから入力を受信し、これに応答して、選択された高振動数の逆振動を発生
させるために命令信号を前記アクチュエータサブシステムに送ることが可能なも
のであり、前記逆振動は高振動数の構造的振動と干渉し、これによって前記空間
内の前記の望ましくない音響ノイズが低減されるようになっていることを特徴と
する能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項8】 前記空間は、囲み構造によって画定された囲い領域を備えてい
ることを特徴とする請求項7記載の能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項9】 (a)前記囲い領域はヘリコプタの機室であり、 (b)前記囲み構造は機室構造であり、 (c)前記振動源はギアボックスであり、 (d)前記構造的インターフェースは、前記ギアボックスを前記機室構造に構造
的に連結させる複数の支持部材であることを特徴とする請求項8記載の能動型ノ
イズ制御システム。 - 【請求項10】 前記アクチュエータサブシステムは、複数の構造的アクチュ
エータを備えており、該構造的アクチュエータは、前記複数の支持部材と関連し
た状態で配置されていることを特徴とする請求項9記載の能動型ノイズ制御シス
テム。 - 【請求項11】 前記センササブシステムは複数の加速度計を備えており、該
加速度計は、前記機室構造と関連した状態で配置されていることを特徴とする請
求項9記載の能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項12】 前記コントローラは、さらに、タコメータの入力信号を受信
し、これによって前記アクチュエータサブシステムに送られる前記命令信号に位
相基準を提供することを特徴とする請求項1記載の能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項13】 画定された空間への望ましくない高振動数の振動の伝達を低
減させるための能動型ノイズ制御システムであって、前記の望ましくない高振動
数の振動は、構造的インターフェースで前記画定された空間に構造的に連結され
た振動源から発生するものであり、前記能動型ノイズ制御システムは、 (a)前記の望ましくない高振動数の振動を感知するために前記画定された空
間に関連した状態で配置されたセンサ手段と、 (b)前記構造的インターフェース付近に配置された構造的振動手段と、 (c)前記センサ手段を前記構造的振動手段に機能上接続するコントローラ手
段と、を備えており、前記コントローラ手段は、前記センサ手段から入力を受信
し、これに応答して、選択された高振動数の逆振動を発生させるために命令信号
を前記構造的振動手段に送ることが可能なものであり、前記逆振動は高振動数の
構造的振動と干渉し、これによって前記画定された空間への前記の望ましくない
高振動数の構造的振動の伝達が低減されるようになっていることを特徴とする能
動型ノイズ制御システム。 - 【請求項14】 前記空間は、囲み構造によって画定された囲い領域を備えて
いることを特徴とする請求項13記載の能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項15】 (a)前記囲い領域はヘリコプタの機室であり、 (b)前記囲み構造は機室構造であり、 (c)前記振動源はギアボックスであり、 (d)前記構造的インターフェースは、前記ギアボックスを前記機室構造に構造
的に連結させる複数の支持部材であることを特徴とする請求項14記載の能動型
ノイズ制御システム。 - 【請求項16】 前記構造的振動手段は複数の構造的アクチュエータを備えて
おり、該構造的アクチュエータは前記複数の支持部材と関連した状態で配置され
ていることを特徴とする請求項15記載の能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項17】 前記センサ手段は複数のマイクロフォンを備えており、該マ
イクロフォンは、前記機室に関連した状態で配置されていることを特徴とする請
求項15記載の能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項18】 前記センサ手段は複数の加速度計を備えており、該加速度計
は前記機室構造と関連した状態で配置されていることを特徴とする請求項15記
載の能動型ノイズ制御システム。 - 【請求項19】 前記コントローラ手段は、さらに、タコメータの入力信号を
受信し、これによって前記構造的振動手段に送られる前記命令信号に位相基準を
提供することを特徴とする請求項13記載の能動型ノイズ制御システム。
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