JP2004034978A - アイソレータアセンブリ - Google Patents

Abstract

　　【課題】　　航空機等のエンジンにより生成される２つの主要騒音トーンを吸収することができるアイソレータアセンブリを提供する。
　　【解決手段】　少なくとも１つの流体装備アイソレータ１７及び２つの動的吸収体１５ａ、１５ｂ、それらを支持する少なくとも１つの支持部７、及び支持部７をパワーエンジン構造５及びキャビンヨーク３に結合させる機械的手段９、１９を装備し、流体装備アイソレータ１７が、パワーエンジン構造５及びキャビンヨーク３に同時にリンクされ、動的吸収体１５ａ、１５ｂがキャビンヨーク３にのみリンクされるように構成し、動的吸収体が、パワーエンジン構造のラジアル平面内を動くように支持する。
【選択図】　図２

Description

　本発明は、２つの主要騒音トーンの振動を絶縁するための伝動装置用アイソレータアセンブリに関する。本発明は、特に、ターボファンエンジンによる動力を備えた航空機、即ち、飛行機又はヘリコプターへの設置に適合しているが、２つの主要騒音トーンで振動する任意の構造、即ち、任意の自動推進の伝達手段に変更することなく応用可能である。

　航空機においては、従来より静かなキャビンの製造が求められている。キャビンにおけるノイズの主な発信源は、荷物棚や内装パネルを乱し、キャビン内における圧力揺らぎを引き起こすエンジントーンによって生成された構造的な振動である。

　図１は、飛行テストの間に航空機のエンジンによって引き起こされるトーンの伝達率を周波数に対してプロットしたグラフである。

　経験的に分かっていることであるが、このような航空機のエンジンにおいては、図１に示すように、飛行テストの間に本質的に２つの別個の主要騒音トーンが同時に生成される。これは、概して、低圧下と高圧下とで二段式の不均衡を誘発するターボファンエンジンの構造に起因する。Ｎ１として確認された第１の主要騒音トーンは、低圧下でのコンプレッサ／吸気ファンの不均衡に起因すると考えられており、図示したテストではＮ１は３００Ｈｚ近傍に現れている。Ｎ２として参照される第２の主要騒音トーンは、高圧下のコンプレッサ／タービンエンジンスプールに起因すると考えられており、図示したテストではＮ２は６００Ｈｚ近傍に現れている。これらの主要騒音トーンはエンジンの出力設定によって変化する。

　従来よりアイソレータには、金属繊維のような複合材料やエラストマーに基づく弱腰のアイソレータが使用され、ヨーク内に隔離されるように組み込まれた弾性エレメントが形成される。このようなアイソレータは効果的であるが、最大許容静的偏差によって、また材質固有の特性によっても、大きく制限される。隔離されるべきヨークは、機械の生成する振動が伝達しないように硬く支持されるべきでないが、アイソレータの動的硬さ（変形抵抗）は振動数の増加と共に増加する。結果として、このようなアイソレータは、上述した２つの主要騒音トーンにおける振動を吸収するのに効果的でない。

　また、水圧アイソレータも飛行の異なる環境（待機、地上走行、離陸、降下、低速又は高速飛行など）に対応する広いレンジの振動周波数に対処するために使用される。そのような水圧装備は、従来より、少なくとも一つの圧縮できない流体チャンバを含んでおり、そこで流体は、特別な振動数で振動するピストンとして使用されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２００２／０００８３４１号明細書

　しかしながら、水圧アイソレータには、アイソレータの硬さの行き過ぎをもたらす、より高い振動数レンジにおいて、実質上硬くなったアイソレータの動的硬さと相まって効率に関する不具合が現れた。この行き過ぎのために、図１に示した第２の主要騒音トーンN2のような高周波数側の主要騒音トーンが強くなってしまい、高い振動数での振動の吸収をほとんど妨げてしまうという問題があった。したがって、このような水圧アイソレータは、他のものと組み合わせたとしても、上記のような２つの主要騒音トーンを吸収するのには、適合するものではない。

　本発明は、上述したような同時に発せられる２つの主要騒音トーンを吸収することができるアイソレータアセンブリを提供することを目的としている。

　上記課題を解決するため、本発明は、１つの独特のアセンブリに設けられているが、伝送機能に対する異なる物理的応答を伴う２つのタイプの装置、即ち、吸収装置と共鳴装置とによって、ターボファンエンジン等によって発せられた振動を航空機構造に向ける（address）ことを提案する。そのような応答特性における相違には、２つのアイソレータ間の非相互作用的な効果が含まれる。

　より詳細には本発明に係るアイソレータアセンブリは、ヘッド、キャビン、該キャビンに接続されたキャビンヨーク、及びラジアル平面と交差する長手方向軸を有するパワーエンジン構造を備えた航空機等への設置に適合したアイソレータアセンブリであって、前記航空機の前記ヘッド側に設けられ、少なくとも１つの流体装備アイソレータ及び２つの動的吸収体、前記流体装備アイソレータ及び前記動的吸収体を支持する少なくとも１つの支持部、及び該支持部を前記パワーエンジン構造及び前記キャビンヨークに結合させる機械的手段を備えており、前記流体装備アイソレータが、前記パワーエンジン構造及び前記キャビンヨークに同時にリンクされ、前記動的吸収体が前記キャビンヨークにのみリンクされるように構成されており、前記動的吸収体が、前記パワーエンジン構造の前記ラジアル平面内を動くように支持されていることを特徴とする。

　また、特定の主要騒音トーンに対する調節が、前記動的吸収体の圧縮、及び流体装備アイソレータの動的硬さを調節することによってなされており、前記流体装備アイソレータが、低い主要騒音トーンを吸収するように調節され、前記動的吸収体が、高い主要騒音トーンを吸収するように調節されていることが望ましい。

　また、少なくとも１つの前記支持部が、前記キャビンヨークに結合され、前記パワーエンジン構造にリンクされた中央の流体装備アイソレータを挟む一対の前記動的吸収体の横断基本結合部を備えており、前記流体装備アイソレータのハウジングが、前記動的吸収体を設けるための横断シャフトを有していることが望ましい。

　また、少なくとも１つの前記支持部が、前記キャビンヨークに結合され、２つの横断基本結合部を備えており、該横断基本結合部が、前記パワーエンジン構造にリンクされた中央の流体装備アイソレータを挟む一対の前記動的吸収体を備えていることが望ましい。

　また、前記動的吸収体が、金属合金と弾性材料との合成複合物を含んで構成されていることが望ましい。

　また、前記弾性材料が、ゴム又はエストラマーであることが望ましい。

　また、前記金属合金が、カーボン−タングステン鋼を含んで構成されていることが望ましい。

　また、前記金属合金が、前記弾性材料で構成された弾性のワッシャに結合されていることが望ましい。

　また、前記金属合金が、前記弾性のワッシャを囲むリング状に形成されていることが望ましい。

　また、前記動的吸収体が、前記金属合金で構成された金属のワッシャと前記弾性材料で構成された弾性のワッシャとを含んで構成されており、前記弾性のワッシャが、その圧縮状態の調節によって、その硬さが調節されるように、２つの前記金属のワッシャの間に挟まれていることが望ましい。

　本発明に係るアイソレータアセンブリは、航空機のヘッド側に設けられ、流体装備アイソレータ及び２つの動的吸収体、それらを支持する支持部、及び該支持部をパワーエンジン構造及び前記キャビンヨークに結合させる機械的手段を備えており、前記流体装備アイソレータが、前記パワーエンジン構造及び前記キャビンヨークに同時にリンクされ、前記動的吸収体が前記キャビンヨークにのみリンクされるように構成されており、前記動的吸収体が、前記パワーエンジン構造の前記ラジアル平面内を動くように支持されている。

　上記アイソレータアセンブリによれば、動的吸収体の圧縮、及び流体装備アイソレータの動的硬さを調節することができ、これにより、特定の主要騒音トーンに対する調節が可能となるので、パワーターボファン等の２つの主要騒音トーンを効果的に吸収することができる。

　以下、本発明に係る実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明をする。

　図２は、本発明の実施形態に係るアイソレータアセンブリが設置された様子を概略的に示した図である。図示のように、本発明の実施形態に係るアイソレータアセンブリ１は、ヘッド、キャビン、該キャビンに接続されたキャビンヨーク３、及びパワーエンジン構造５を備えた航空機のパワーエンジン構造５とキャビンヨーク３との間に設けられている。

　アイソレータアセンブリ１は、航空機のヘッド側に設けられ、２つの流体装備アイソレータ１７及び各流体装備アイソレータ１７に２つずつ設けられた動的吸収体１５ａ、１５ｂ、流体装備アイソレータ１７及び動的吸収体１５ａ、１５ｂを支持する支持部７、及び支持部７をパワーエンジン構造５及びキャビンヨーク３に結合させる機械的手段となるリンク部材９及び２つのリンクフォーク１９を備えている。支持部７は、リンク部材９を用いてキャビンヨーク３にボルトで固定されている。リンク部材９は、このような支持に不可欠である。

　支持部７は、２つの横断シャフト１３によって接続された２つの平行な側壁１１ａ、１１ｂを備えている。各横断シャフト１３は、側壁１１ａ、１１ｂの端部に位置しており、パワーエンジン構造５にリンクされた中央の流体装備アイソレータ１７を挟む一対の動的吸収体１５ａ、１５ｂを備えた横断基本結合部２０（図３）を支えている。

　パワーエンジン構造５は、ラジアル平面ＹＯＺと交差する長手方向軸Ｘ’Ｘを有しており、動的吸収体１５ａ、１５ｂは、パワーエンジン構造５のラジアル平面ＹＯＺ内を動くように、支持部７によって支持されている。

　支持部７は、２つのリンクフォーク１９によってパワーエンジン構造５に結合されている。したがって、各流体装備アイソレータ１７は、フォーク１９を介してパワーエンジン構造５に、そして支持部７及びリンク部材９を介してキャビンヨーク３に同時にリンクされている。動的吸収体１５ａ、１５ｂは、支持部７及びリンク部材９を介して、キャビンヨーク３のみにリンクされている。

　図３は、図２に示したアイソレータアセンブリ１の横断シャフト１３に設けられた中央の流体装備アイソレータ１７を挟む一対の動的吸収体１５ａ、１５ｂの横断基本結合部２０の正面図である。

　図示のように、シャフト１３によって支持された横断基本結合部２０は、各フォーク１９のアーム部１９ａ、１９ｂ、及び柄部１９ｃを介して、パワーエンジン構造５にリンクされている。柄部１９ｃは、従来の手段によって固定されている。アーム部１９ａ、１９ｂは、中央の流体装備アイソレータ１７と動的吸収体１５ａ、１５ｂとの間のシャフト１３上に固定されている。

　図４、図５、及び図６は、それぞれ、図２に示したアイソレータアセンブリ１の動的吸収体１５ａ、１５ｂの斜視図、正面図、及び断面図である。

　各動的吸収体１５（１５ａ又は１５ｂ）は、カーボン−タングステン鋼のワッシャ２２とゴムのワッシャ２１とを含んで構成されており、ゴムのワッシャ２１が、２つのカーボン−タングステン鋼のワッシャ２２の間に挟まれている。

　各動的吸収体１５は、ゴムのワッシャ２１の２つのカーボン−タングステン鋼のワッシャ２２による圧縮状態を調節することによって、その硬さ、及びそれに起因する振動の伝達特性が調節される。ここでの圧縮は、ブッシング２３を介してシャフト１３にボルト２５をねじ込むことによってなされる。シリコンのワッシャ２６は、圧縮を伝えるために追加される。ブッシングには、支持部７の横断シャフト１３（図４）を導くための中央孔２７が設けられている。また、各動的吸収体１５は、終端プレート２９及び２つのシリコンの中間ワッシャ３１を備えている。

　上記のように、各動的吸収体１５ａ、１５ｂは、金属合金と弾性材料との合成複合物を含んで構成されていることが望ましい。本実施形態では、金属合金にはカーボン−タングステン鋼が、弾性材料にはゴムがそれぞれ使用されているが、弾性材料にはエストラマー等を用いてもよい。また、金属合金は、弾性材料で構成された弾性のワッシャに結合されており、また、弾性のワッシャを囲むリング状に形成されていることが望ましい。

　図７、図８及び図９は、それぞれ、図２に示したアイソレータアセンブリ１の流体装備アイソレータ１７の断面図、側面図、及び下面図である。

　各流体装備アイソレータ１７は、振動するピストンとして作動させる流体のための内部チャンバ３５を形成する中央のハウジング３３、該流体を所定の周波数で駆動する電磁アクチュエーター３９、底面（sole）４０、及び、動的吸収体１５ａ、１５ｂを設けるために、ハウジング３３に設けられた２つのシャフト１３ａ、１３ｂを含んで構成されている。２つのシャフト１３ａ、１３ｂは、ハウジング３３の側壁３３ａ、３３ｂの中央から突出している。底面４０を貫通する４つのネジ４１、及び突出したスタッド（stud）４３は、リンクフォーク１９の柄部１９ｃ（図３）に固定されるようになっている。

　流体装備アイソレータ１７の動的硬さは、内部チャンバ３５内に設けられた流体の圧力によって調節される。圧力は、アイソレータアセンブリ１の設定に先立って調節しておくとよい。

　上記のように構成された本発明の実施形態に係るアイソレータアセンブリ１によれば、動的吸収体１５ａ、１５ｂの圧縮、及び流体装備アイソレータ１７の動的硬さを調節することができる。これにより、特定の主要騒音トーンに対する調節が可能となるので、パワーターボファン等の２つの主要騒音トーンを効果的に吸収することができる。

　図１０は、図２に示したアイソレータアセンブリ１によって得られた動的硬さに起因した伝達率ＴＲを、広い振動数レンジにおいて、周波数に対してプロットしたグラフである。

　図示のように、アイソレータアセンブリ１は、伝達率の低下部ＴＲ１、ＴＲ２で示されているように、３００Ｈｚ及び６００Ｈｚ周辺の周波数を吸収するように調節されている。前記低下部は、図１で強調した主要騒音トーンＮ１及びＮ２にそれぞれ対応している。

　本実施形態では、流体装備アイソレータ１７は、特に３００Ｈｚにおける低い主要騒音トーンを吸収するように調節されているのに対し、動的吸収体１５ａ、１５ｂは、特に６００Ｈｚにおける高い主要騒音トーンを吸収するように調節されている。低いトーンは変化することが考えられ、また、吸収のレンジにおいては、流体装備アイソレータ１７でのレンジが、動的吸収体でのレンジより広くなるので、この分配が好ましい。

　本発明は好ましい実施形態に関して記載されたが、当業者が、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、形式上、等価で詳細な変更をなし得ることは認められるであろう。

飛行テストの間に航空機のエンジンによって引き起こされるトーンの伝達率を周波数に対してプロットしたグラフである。 本発明の実施形態に係るアイソレータアセンブリが、航空機のキャビンヨークとパワーエンジン構造との間に設置された様子を概略的に示した図である。 図２に示したアイソレータアセンブリの横断シャフトに設けられた中央の流体装備アイソレータを挟む一対の動的吸収体の横断基本結合部の正面図である。 図２に示したアイソレータアセンブリの動的吸収体の斜視図である。 図２に示したアイソレータアセンブリの動的吸収体の正面図である。 図２に示したアイソレータアセンブリの動的吸収体の断面図である。 図２に示したアイソレータアセンブリの流体装備アイソレータの断面図である。 図２に示したアイソレータアセンブリの流体装備アイソレータの側面図である。 図２に示したアイソレータアセンブリの流体装備アイソレータの下面図である。 図２に示したアイソレータアセンブリによって得られた動的硬さに起因した伝達率を周波数に対してプロットしたグラフである。

符号の説明

１　アイソレータアセンブリ
３　キャビンヨーク
５　パワーエンジン構造
７　支持部７
９　リンク部材
１１ａ、１１ｂ　側壁
１３　横断シャフト
１５ａ、１５ｂ　動的吸収体
１７　流体装備アイソレータ
１９　リンクフォーク

Claims (10)

1. ヘッド、キャビン、該キャビンに接続されたキャビンヨーク、及びラジアル平面と交差する長手方向軸を有するパワーエンジン構造を備えた航空機等への設置に適合したアイソレータアセンブリであって、
   　前記航空機の前記ヘッド側に設けられ、少なくとも１つの流体装備アイソレータ及び２つの動的吸収体、前記流体装備アイソレータ及び前記動的吸収体を支持する少なくとも１つの支持部、及び該支持部を前記パワーエンジン構造及び前記キャビンヨークに結合させる機械的手段を備えており、
   　前記流体装備アイソレータが、前記パワーエンジン構造及び前記キャビンヨークに同時にリンクされ、前記動的吸収体が前記キャビンヨークにのみリンクされるように構成されており、
   　前記動的吸収体が、前記パワーエンジン構造の前記ラジアル平面内を動くように支持されているアイソレータアセンブリ。
2. 特定の主要騒音トーンに対する調節が、前記動的吸収体の圧縮、及び流体装備アイソレータの動的硬さを調節することによってなされており、
   　前記流体装備アイソレータが、低い主要騒音トーンを吸収するように調節され、前記動的吸収体が、高い主要騒音トーンを吸収するように調節されていることを特徴とする請求項１記載のアイソレータアセンブリ。
3. 少なくとも１つの前記支持部が、前記キャビンヨークに結合され、前記パワーエンジン構造にリンクされた中央の流体装備アイソレータを挟む一対の前記動的吸収体の横断基本結合部を備えており、
   　前記流体装備アイソレータのハウジングが、前記動的吸収体を設けるための横断シャフトを有していることを特徴とする請求項１記載のアイソレータアセンブリ。
4. 少なくとも１つの前記支持部が、前記キャビンヨークに結合され、２つの横断基本結合部を備えており、
   　該横断基本結合部が、前記パワーエンジン構造にリンクされた中央の流体装備アイソレータを挟む一対の前記動的吸収体を備えていることを特徴とする請求項１記載のアイソレータアセンブリ。
5. 前記動的吸収体が、金属合金と弾性材料との合成複合物を含んで構成されていることを特徴とする請求項１記載のアイソレータアセンブリ。
6. 前記弾性材料が、ゴム又はエストラマーであることを特徴とする請求項５記載のアイソレータアセンブリ。
7. 前記金属合金が、カーボン−タングステン鋼を含んで構成されていることを特徴とする請求項５記載のアイソレータアセンブリ。
8. 前記金属合金が、前記弾性材料で構成された弾性のワッシャに結合されていることを特徴とする請求項５記載のアイソレータアセンブリ。
9. 前記金属合金が、前記弾性のワッシャを囲むリング状に形成されていることを特徴とする請求項８記載のアイソレータアセンブリ。
10. 前記動的吸収体が、前記金属合金で構成された金属のワッシャと前記弾性材料で構成された弾性のワッシャとを含んで構成されており、
    　前記弾性のワッシャが、その圧縮状態の調節によって、その硬さが調節されるように、２つの前記金属のワッシャの間に挟まれていることを特徴とする請求項５記載のアイソレータアセンブリ。

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