JP2007309326A - 航空機エンジンハウジング用ライナアッセンブリおよび航空機エンジンハウジング内の騒音を減衰する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】音響的不活性領域を可能な限り少なくする必要もなくす必要もなく、音響減衰特性が改良される音響ライナを提供する。
【解決手段】航空機エンジンハウジング（１０）用ライナアッセンブリ（２５）は、表面シート（２６）によって被覆された騒音減衰構造体（２４）を備える。騒音減衰構造体（２４）を被覆する表面シート（２６）は、複数の周方向に離間した音響エネルギー吸収領域（２８）を有する表面を備える。音響エネルギー吸収領域（２８）は、対応する複数の音響エネルギー反射領域（３０）間に配置されている。音響エネルギー反射領域（３０）は、高次の音響モードを複数の低次の音響モードに散乱させる。種々の音響エネルギーによって生じた減衰するのが困難なこれらの低次の音響モードは打ち消し合い、これによって、ライナの騒音低減の効率が、著しく改良される。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に、航空機エンジン用ライナに関する。さらに詳細には、本発明は、航空機エンジンによって生じる騒音を減衰する音響的不活性領域を備える音響ライナに関する。

航空機エンジンは、典型的に、エンジンケース内で回転する複数のファンブレードを備える。エンジンケースは、航空機エンジンから放出される騒音のレベルを低減させるために、ファンブレードの前方に音響的活性ライニングを備える。従来の音響ライニングは、ハニカム構造体を被覆する表面シートを備える。ファンブレードの回転によって生じる音響エネルギーは、表面シートの複数の開口を通して、ハニカム構造体に伝達され、このハニカム構造体において、音響エネルギーは、消散し、これによって、騒音の全体が低減される。

表面シートの開口は、音響エネルギーをハニカム構造体内に伝達させる。従って、従来の音響ライナは、表面シート内への音響エネルギーの伝達を妨げて騒音エネルギーをライナによっては減衰するのが困難な低次の音響モードに散乱させるスプライス、すなわち、継目および他の不連続性を可能な限り少なくするように、配置されている。しかし、スプライスのない表面シートまたはハニカム構造体は、実際的ではなく、音響ライナのスプライスの面積すなわち音響的に作用しない領域の面積を最小限に抑えるには、多くの場合、どのような実利とも釣合いが取れない努力が、必要とされる。

従って、音響的不活性領域を可能な限り少なくする必要もなくす必要もなく、音響減衰特性が改良される音響ライナを開発し、かつ設計することが望まれる。

航空機エンジンハウジング用ライナアッセンブリは、表面シートによって被覆される騒音減衰構造体を備える。この表面シートは、複数の騒音反射領域間にそれぞれ設けられた複数の騒音エネルギー吸収領域を備える。騒音反射領域は、高次の音響モードを打ち消し合う傾向にある複数の低次の音響モードに散乱させるか、または減衰がより容易であるさらに高次の音響モードに散乱させる。ハニカム構造体内のスプライスによって生じる散乱は、ハニカム構造体のスプライスを表面シートのスプライスの直下に一致して配置することによって、同様に低減させることができる。

例示的な航空機エンジンハウジングは、回転するファンブレードの前方に配置された音響ライナアッセンブリを備える。回転するファンブレードの数および構造が、表面シート内の騒音反射領域の数を決定するのに、用いられる。騒音エネルギー吸収領域は、音響エネルギーを騒音減衰層内に伝達させる複数の開口を備える。高次モードの音響エネルギーは、騒音減衰層によって減衰される。

高次モードの音波は、スプライスまたは騒音反射領域によって、低次モードに散乱される。低次モードの音波は、騒音減衰層によって効率的に減衰されず、その結果、内面からライナアッセンブリ内に伝播する。多数のスプライスを導入することによって、これらの低次モードの騒音を実質的になくすことができる。本発明の例示的なライナアッセンブリは、開口のない複数の騒音反射領域を備える。複数の騒音反射領域の各々は、高次モードの音波を低次モードに散乱させる。これらの複数の低次モードの音波は打ち消し合い、これによって、減衰が困難な低次モードの伝播を低減させる。

従って、本発明による例示的なハウジングアッセンブリは、複数の騒音反射領域を備えており、これらの騒音反射領域は、完全な音響的活性および完全な音響吸収性のライナアッセンブリの製造に伴う困難さを負うことなく、スプライスによって散乱された騒音を実質的に低減させることができる。

本発明のこれらの特徴および他の特徴は、以下の最良の形態および図面からよく理解することができるだろう。

図１を参照すると、エンジンハウジングアッセンブリ１０は、カウリング１４によって画定された前縁１２を備える。カウリング１４は、外壁１６と内面１８との間に滑らかな移行部をもたらす。内面１８は、ハウジングアッセンブリ１０を通る空気流れの経路を画定する。ハウジングアッセンブリ１０は、複数の回転するファンブレード２０を取り囲み、保護する。内面１８は、回転するファンブレード２０に隣接するラブストリップ２２を備え、このラブストリップ２２は、接触によって生じ得る損傷からファンブレード２０を保護する。

ラブストリップ２２の前方にあるのは、音響的活性ライナアッセンブリ２５である。音響的活性ライナアッセンブリ２５は、騒音減衰層２４を備える。騒音減衰層２４は、ハウジングアッセンブリ１０の内面１８にわたって環状に配置された複数のハニカム構造体から成っている。騒音減衰層２４は、保護表面シート２６によって被覆されている。表面シート２６は、複数の開口３２を含む金属シートである。これらの開口３２は、音響エネルギーを表面シート２６を通して下に位置する騒音減衰層２４に伝え、騒音減衰層２４において、音響エネルギーが消散され、放出された騒音を低減させる。

表面シート２６を貫通する複数の開口３２は、音響エネルギーを表面シート２６を通して下に位置する騒音減衰層２４に伝えるために、騒音吸収領域２８に配列されている。騒音吸収領域２８の各々の間に配置されているのは、騒音反射領域３０である。騒音反射領域３０は、開口を含まないので、音響エネルギーを表面シート２６を通して伝達することができない。その代わりに、騒音反射領域３０は、高次モードの音波を、低次モードの音波に散乱させる。数多くの一様に配置された騒音反射領域３０によって、低次モードの音波は、実質的に打ち消し合う。

回転するエンジンファンブレードは、ハウジング１０内において前方に伝播する衝撃に関連する騒音を生じさせる。この衝撃に関連する騒音は、回転するファンブレード２０上の圧力領域によって生じる。この現象によって生じる音響エネルギーは、以下の関係式で表されるファンブレード２０の数に関連する周方向の調波次数（ｍ_f）を有する回転音響モードに含まれる。

［数１］
ｍ_f＝ｎＢＰＦ＊Ｂ
上式において、ｎＢＰＦは、ファンブレード通過周波数の調波次数を表す整数であり、Ｂは、ファンブレードの数である。

騒音を伝える回転音響モードは、ファンブレード２０が低回転速度で回転しているときは、ハウジングアッセンブリ１０内に伝播しない（カットオフモード）。しかし、ファンブレード２０の回転速度が大きくなると、音響エネルギーの伝播を引き起こす音響モードが誘発されて、ハウジング１０内に伝播する。

騒音がハウジング１０内に伝播し始めても、これらの伝播モードは、まだカットオフに近い比較的高次のモードであり、それらの音響エネルギーの殆どは、内面１８と実質的に直交する方向において、内面１８の近くに集中する。カットオフに近い高次の回転音響モードは、音響ライナアッセンブリ２５の騒音減衰層２４によって、容易に減衰される。しかし、表面シート２６の開口を有しないスプライス３４は、入射する音響モードを、以下の関係式で表される他の周方向の調波次数（ｍ）に散乱させる。

［式２］
ｍ＝ｍ_f−ｋ＊ｓ
上式において、ｓは、スプライスまたは音響的不活性領域の数であり、ｍ_fは、周方向の調波次数であり、ｍは、音響不活性領域によって生じる周方向モードの数であり、ｋは、正または負の整数である。

従来のライナアッセンブリでは、スプライスの数は、常に、ブレードの数よりも著しく小さいので、散乱される音響モードは、ハウジング１０内を軸方向に伝播して音響ライナアッセンブリ２５の減衰効果を低減させる低次の音響モードである。

本発明の例示的な音響ライナアッセンブリ２５は、表面シート２６内に多数の騒音反射領域３０を備える。騒音反射領域３０は、回転するファンブレード２０の近くに集中する圧力によって生じた高次の音響モードを、減衰させるのが容易であるさらに高次のモードに散乱させるか、または打ち消し合う複数の低次の音響モードに散乱させる。本発明による音響ライナ２５は、従来技術の設計において一般的に試みられているように、スプライス３４の数を最小限に抑えることによって、高次モードの音響エネルギーを低次モードの音響エネルギーに散乱させるのをなくすよりもむしろ、多数の騒音反射領域３０を利用して、高次の音響モードを、実質的に打ち消し合う複数の低次の音響モードに散乱させるのを促進させ、これによって、低次の騒音がハウジング内を軸方向に伝播するのを防ぐようにしている。

多数の騒音反射領域３０は、ハウジングアッセンブリ１０内における音響エネルギーの多数の散乱を生じさせ、これによって、低次のモードと関連する圧力領域を打ち消して、音響エネルギーを容易に減衰される高次のモードに維持する。高次モードの音響エネルギーは、騒音減衰構造体２４によって、効率的に減衰される。

図２を参照すると、騒音反射領域３０は、ハウジングにおいて、軸方向に配向され、空気流れの方向と平行に、かつハウジングアッセンブリ１０の内周にわたって実質的に等間隔で離間して、配置されている。空気流れの方向は、ファンブレード２０の回転面と直交している。騒音反射領域３０は、騒音吸収領域２８における隣接する開口３２間の間隔よりも大きい幅３８を有する。騒音反射領域３０の幅３８は、図２の例に示されるように、騒音吸収領域の幅３６と等しくすることもできるが、ハウジング内に一様に配向された繰り返しパターンをもたらすように変動する幅で配列されてもよい。騒音反射領域３０の幅３８は、騒音減衰を用途の特定の条件に合わせて調整するために、騒音吸収領域２８の幅よりも大きくなることがあってもよい。

騒音反射領域３０の数は、散乱された低次の音響モードを打ち消す所望の散乱効果を生じさせるように、ファンブレード２０の数およびエンジンアッセンブリの運転と関連して決定される。

騒音反射領域３０の数は、ファンブレード２０の数および打ち消すことが望まれる騒音の周波数に関連する。ファンブレード周波数を基本とする調波が、ＢＰＦ以下の周波数を有する場合、騒音反射領域の数は、以下の関係式に従って決定される。

［数３］
Ｓ≧２Ｂ
上式において、Ｂは、ファンブレードの数であり、Ｓは、騒音反射領域の数である。

ファンブレード周波数を基本とする調波が、２ＢＰＦ以下の周波数を有する場合、騒音反射領域の数は、以下の関係式に従って決定される。

［数４］
Ｓ≧４Ｂ
上式において、Ｂは、ファンブレードの数であり、Ｓは、騒音反射領域の数である。

これらの関係は、Ｍ_f以上の次数を有するモードのみを提供する。比較的少ない騒音反射領域３０の数によって、十分に騒音を低減させることもできる。例えば、騒音反射領域の数は、調波がＢＰＦの周波数を有する場合、Ｓ≧１．５Ｂの範囲において変更させることができ、調波が２ＢＰＦ以下の周波数を有する場合、Ｓ≧３Ｂの範囲において変更させることができる。理解されるように、スプライスの具体的な数は、ファンブレードの数および具体的な騒音減衰用途を考慮した関係に従って、騒音反射領域３０の数をライナアッセンブリ２５の騒音減衰特性を調整するように変動させることができるように、決定される。

図３を参照すると、他の例示的なライナアッセンブリ４０において、表面シート４２は、複数の音響吸収領域２８および複数の騒音反射領域３０を備える。これらの領域２８，３０は、ハウジングアッセンブリ１０を通る空気流れに対して角度４４で傾斜して配置されている。騒音吸収領域２８および騒音反射領域３０が、空気流れに対して角度４４で傾斜して配置されることによって、音響エネルギーがハウジングアッセンブリ１０内に反射される方向を調整するのに役立つ傾斜した方向付けを可能とし、所望の騒音減衰性能をもたらすことができる。

従って、本発明による航空機ハウジング用の騒音減衰ライナアッセンブリは、スプライスをなくすのに必要とされる付随的な複雑さ、または航空機ハウジング内の騒音減衰構造体を覆うのに利用される表面シートの完全な音響的透過性の接続部を必要とすることなく、ファンケースのハウジングから放出される騒音を低減させることができる。

本発明の好ましい実施形態を開示したが、当業者であれば、いくつかの修正が本発明の範囲内において思い浮かぶことを認めるだろう。この理由から、本発明の真の範囲および内容を決定するには、特許請求の範囲が検討されるべきである。

本発明による例示的な音響ライナを備えるハウジングの概略図である。 本発明による例示的な表面シートの一部の概略図である。 本発明による他の例示的な表面シートの一部の概略図である。

符号の説明

１０…エンジンハウジングアセンブリ
１２…前縁
１４…カウリング
１６…外壁
１８…内面
２０…ファンブレード
２２…ラブストリップ
２４…騒音減衰層
２５…音響的活性ライナアセンブリ
２６…保護表面シート
２８…騒音吸収領域
３０…騒音反射領域
３２…開口
３４…スプライス

Claims (20)

1. 航空機エンジンハウジング用ライナアッセンブリであって、
   騒音減衰構造体と、
   前記騒音減衰構造体を被覆する表面シートと、を有し、前記騒音減衰構造体と前記表面シートの少なくとも一方が、複数の音響的不活性領域の間にそれぞれ設けられた複数の音響的活性領域を備えることを特徴とするライナアッセンブリ。
2. 前記表面シートが、前記の複数の音響的不活性領域の間にそれぞれ設けられた複数の音響的活性領域を備えることを特徴とする請求項１に記載のライナアッセンブリ。
3. 前記複数の音響的活性領域の各々が、音響エネルギーを前記表面シートを通して前記騒音減衰構造体に伝える複数の開口を備えることを特徴とする請求項２に記載のライナアッセンブリ。
4. 前記複数の音響的不活性領域の各々が、音響エネルギーを反射させる音響的反射表面を備えることを特徴とする請求項１に記載のライナアッセンブリ。
5. 前記複数の音響的不活性領域が、前記ハウジングの前端から前記ハウジングの後端の方に軸方向に延びることを特徴とする請求項４に記載のライナアッセンブリ。
6. 前記複数の音響的不活性領域が、前記ハウジング内において回転するファンブレードの数に関連して決定された数の反射表面を備えることを特徴とする請求項４に記載のライナアッセンブリ。
7. 前記音響的反射表面の各々が、前記音響的活性領域内に設けられた開口の間の間隔よりも大きい幅を有することを特徴とする請求項４に記載のライナアッセンブリ。
8. 前記音響的反射表面の各々が、前記ハウジングを通る空気流れに対してある角度で傾斜して配置されることを特徴とする請求項４に記載のライナアッセンブリ。
9. 前記音響反射領域および前記音響的活性領域が、軸方向において互いに平行に配置されることを特徴とする請求項４に記載のライナアッセンブリ。
10. 前記複数の音響反射表面が、前記ハウジングの内周にわたって等間隔で離間して設けられることを特徴とする請求項４に記載のライナアッセンブリ。
11. 前記騒音減衰構造体が、前記の複数の音響的反射領域の間にそれぞれ設けられた複数の音響的活性領域を備えることを特徴とする請求項１に記載のライナアッセンブリ。
12. 航空機エンジンハウジング用ライナアッセンブリであって、
    騒音減衰構造体と、
    前記騒音減衰構造体を被覆する表面シートであって、対応する複数の音響エネルギー反射領域の間にそれぞれ設けられた複数の周方向に離間した音響エネルギー吸収領域を備える、表面シートと、
    を備えることを特徴とするライナアッセンブリ。
13. 前記音響エネルギー吸収領域が、音響エネルギーを前記騒音減衰構造体に伝える複数の開口を備えることを特徴とする請求項１２に記載のライナアッセンブリ。
14. 前記音響エネルギー反射領域が、音響エネルギーを前記エンジンハウジング内で散乱させる平坦な表面を備えることを特徴とする請求項１２に記載のライナアッセンブリ。
15. 前記音響エネルギー反射領域が、前記音響エネルギー吸収領域内に設けられた開口の間の間隔よりも大きい周方向の幅を有する平坦な表面を備えることを特徴とする請求項１２に記載のライナアッセンブリ。
16. 前記音響エネルギー反射領域の数が、前記ハウジングアッセンブリ内で回転するファンブレードの数との関係に従って、決定されることを特徴とする請求項１２に記載のライナアッセンブリ。
17. 航空機エンジンハウジング内の騒音を減衰する方法であって、
    （ａ）発生した音響エネルギーの一部を音響エネルギー吸収領域で吸収するステップと、
    （ｂ）複数の個所において高次の音響エネルギーを対応する複数の低次の音響エネルギーに散乱させるステップであって、前記複数の低次の音響エネルギーは、前記高次の音響エネルギーから散乱された低次の音響エネルギーの一部を打ち消す、ステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
18. 前記エンジンハウジングの内面に沿って、前記音響エネルギー吸収領域を音響エネルギー反射領域と交互に配置するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 所望の周波数の音響エネルギーを減衰させるのに必要な音響エネルギー反射領域の数を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 前記音響エネルギー反射領域の数を前記ハウジング内で回転するファンブレードの数に関連して、決定するステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。

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