JP2007529666A - ターボファンエンジン内の騒音低減構造 - Google Patents

ターボファンエンジン内の騒音低減構造 Download PDF

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Abstract

本発明は、ターボファンエンジンが高温ガス領域内で発生する騒音を低減する構造に関する。この騒音低減構造は、ターボファンエンジンの高温ガス流路（ＳＫ）の音響吸収ライナー材（Ａ）として構成されている。この音響吸収ライナー材（Ａ）は密集して配列された多数の中空チャンバ（ＨＲ）から成り、それら中空チャンバ（ＨＲ）の各々に４つずつのホーン（Ｈ）が設けられている。また、ホーン（Ｈ）は、そのホーンマウス部（ＨＭ）が、多数の細孔が穿設されたカバープレート（ＡＢ）に固定されており、このカバープレート（ＡＢ）が高温ガス流路（ＳＫ）の壁面を形成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ターボファンエンジンが特に高温ガス領域内で発生する騒音を低減する構造に関する。
ターボファンエンジンが高温ガス領域内で発生する騒音を低減する方法として、例えば米国特許第５，３８６，６８９号公報などに、アクティブ方式の騒音低減方法が開示されている。この方法は、音響発生器を用いて、エンジンの高温ガス領域内に、騒音を相殺するための音響を発生させるようにしたものである。
ドイツ特許公開第１９６ ０７ ２９０ Ａ１号公報には音響吸収装置が開示されている。この音響吸収装置は、ポット形状の下側部材の中に単独のホーンを設けて構成したものである。
米国特許第５，３８６，６８９号公報 ドイツ特許公開第１９６ ０７ ２９０ Ａ１号公報
本発明が解決しようとする課題は、ターボファンエンジンが高温ガス領域内で発生する騒音を効果的に低減することができ、しかも、航空工学上の要求に適合し得る軽量の構造を提供することにある。
かかる課題は、請求項１に係る構造によって解決される。従属請求項は、特に有利な実施の形態の特徴を記載したものである。
本発明においては、ターボファンエンジンの高温ガス領域の音響吸収ライナー材によって、その高温ガス領域内で発生する音波エネルギが消散され、その音波エネルギは、もはや放出されることがない。このエネルギの消散は、音響吸収ライナー材における粘性損失によって達成されるものである。この音響吸収ライナー材は密集して配列された多数の中空チャンバから成り、それら中空チャンバの各々に４つずつのホーンが設けられている。また、ホーンは、そのホーンマウス部が、多数の細孔が穿設されたカバープレートに固定されており、このカバープレートが高温ガス流路の壁面を形成している。
以下に添付図面を参照しつつ、本発明をその１つの実施の形態に即して更に詳細に説明して行く。
図１に示したのはターボファンエンジンの断面模式図である。吸入された外気は２つの部分流に分けられる。一方の部分流は、燃焼室ＢＫを迂回してノズルの外周に沿って流れ、そして、燃焼室ＢＫで生成された高温の排気ガスと混合される（これは、いわゆるバイパス流である）。他方の部分流は、複数の圧縮段ＶＳを経由して、燃焼室ＢＫ（環状横断面）の中へ流入し、そして、燃焼室ＢＫからノズルの中へ流入する。燃焼室ＢＫの後方に接続している環状横断面の流路ＳＫは、本発明におけるエンジンの高温ガス領域に相当している。この流路ＳＫに、本発明に係る音響吸収ライナー材Ａが装備されており、この音響吸収ライナー材Ａが、このエンジンのいわゆる「インターナル・プラグ」ＩＰの壁面を形成している。
音響吸収ライナー材Ａは多数の中空チャンバＨＲから成り、それら中空チャンバＨＲは略々直方体の形状であって、略々正方形の底面ＧＦを有しており、それら中空チャンバＨＲの各々に４つずつのホーンＨが設けられている（図２）。ただし、底面ＧＦの形状は、その他の形状とすることもでき、例えば六角形などとしてもよい。それらホーンＨは、それらの大径側に第１開口、いわゆるホーンマウス部ＨＭを有しており、また、それらの小径側に第２開口、いわゆるホーンスロート部ＨＨを有している。それらホーンＨは、それらのホーンマウス部ＨＭが、スポット溶接によって、カバープレートＡＢに固定されている。カバープレートＡＢは、ホーンマウス部ＨＭに対応した領域に多数の細孔が少なくとも２０％の開口率で穿設されており（細孔穿設領域Ｐ）、特に好適な１つの実施の形態では、この開口率を３０％とし、また、細孔の直径を１ｍｍとしている。ホーンＨは、横断面形状が円形のものとすることが好ましい。ホーンＨは、中空チャンバの底面ＧＦには達しておらず、そのため、ホーンスロート部ＨＨと底面ＧＦとの間には隙間が存在している。
１つの中空チャンバＨＲは、カバープレートＡＢと底面ＧＦとに加えて更に、４つの側面ＳＦによって画成されている。このカセット化する方法において、複数の中空チャンバは隙間なしに直接配列され、各々の中空チャンバは共通の側壁ＳＦによって互いに隔てられている。これによって、高度に軽量化された構造が得られている。
図３に示したのは、ホーンの形状及び寸法の１つの具体例であり、この具体例における各部の寸法（単位ｍｍ）は以下のようになっている。
ホーンの長さ（その軸心方向における長さ）：２３ｍｍ
ホーンマウス部の直径：２３ｍｍ
ホーンスロート部の直径：７ｍｍ
また、中空チャンバの深さ（ホーンの軸心方向に測った深さ）は３４ｍｍである。
また、ホーン壁のテーパは、ホーンマウス部からホーンスロート部に至るまで直線的に縮径して行くようなテーパとなっているが、このような形状とすることは、必ずしも必須ではない。その他の形状とすることも可能であり、例えば、双曲線形や円弧形の形状としてもよい。
この音響吸収構造は、ヘルムホルツ共鳴器の原理に基づいたものである。即ち、細孔を通過してホーンの中へ進入した空気マスが、その周囲の中空チャンバ内の空気と結合することによって、減衰バネ質量系（減衰振動系）が構成される。この音響吸収構造を用いれば、高さの小さな構造によって、音響エネルギを吸収することができる。上掲の各部の寸法を採用した場合には、温度Ｔ＝４４０℃の近傍で、また、マッハ数Ｍ＝０．３の近傍で、共鳴により音響吸収が最大となる。またそれによって、８３０Ｈｚ〜１２５０Ｈｚの周波数領域の音響が吸収される。
本発明に係る音響吸収ライナー材を高温ガス領域に装備したターボファンエンジンの断面模式図である。 音響吸収ライナー材の平面図及び断面図である。 音響吸収ライナー材のホーンの形状を示す模式図である。

Claims (3)

  1. ターボファンエンジンが高温ガス領域内で発生する騒音を低減する構造において、
    該構造は、ターボファンエンジンの高温ガス流路（ＳＫ）の音響吸収ライナー材（Ａ）として構成されており、
    前記音響吸収ライナー材（Ａ）は密集して配列された多数の中空チャンバ（ＨＲ）から成り、それら中空チャンバ（ＨＲ）の各々に４つずつのホーン（Ｈ）が設けられており、
    前記ホーン（Ｈ）は、そのホーンマウス部（ＨＭ）が、多数の細孔が穿設されたカバープレート（ＡＢ）に固定されており、該カバープレート（ＡＢ）が前記高温ガス流路（ＳＫ）の壁面を形成している、
    ことを特徴とする構造。
  2. 前記ホーンの軸心方向に測った前記中空チャンバ（ＨＲ）の深さが３４ｍｍであり、
    前記ホーン（Ｈ）の長さが２３ｍｍであり、
    前記ホーンマウス部（ＨＭ）の直径が２３ｍｍであり、
    前記ホーンのホーンスロート部（ＨＨ）の直径が７ｍｍである、
    ことを特徴とする請求項１記載の構造。
  3. 前記カバープレートの前記細孔による開口率が少なくとも２０％であることを特徴とする請求項１又は２記載の構造。
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