JP2008291798A - 空力騒音低減装置、流体機器、移動体および回転機器 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な空力騒音の発生メカニズムに対応して、広範囲の条件下において空力騒音の低減が可能である空力騒音低減装置、流体機器、移動体および回転機器を提供することを目的とする。
【解決手段】空力騒音低減装置１０は、誘電体２０内に埋設された第１の電極である電極２１と、この電極２１と誘電体２０の表面からの距離を同じにし、かつ誘電体２０の表面と水平な方向にずらして離間され、誘電体２０内に埋設された第２の電極である電極２２と、ケーブル２３を介して電極２１、２２間に電圧を印加する放電用電源２４とから構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電プラズマの作用により気流を発生させ、流体の流れを制御することで騒音を低減する空力騒音低減装置、流体機器、移動体および回転機器に関する。

プラントの喚起口の噴流音や送風機やタービンの音、家庭の空調器の音など、流体機器では、空気の流れに起因する空力騒音が大きな技術課題となっている。また、自動車や新幹線などの高速化に伴って、乗り物に関しても空力騒音が重要な解決課題となってきている。これは、こうした空力騒音が気流速度あるいは移動速度の増大にともない急激に大きくなる特徴を持つためである。このため近年では、空力騒音の発生メカニズムを把握し、流れを制御することで空力騒音の発生を低減しようとする研究が盛んに行われている（例えば、非特許文献１参照。）。

従来の空力騒音低減法として、例えば気流の吹出し口の空力騒音低減に関して、３角錐突起状の乱流促進体を吹出し出口近傍に設ける方法や、吹出し出口近傍に超音波振動子や電気ヒータなどを具備して、吹出し出口の境界層を部分的に乱流に遷移させることで、吹出し口周方向の境界層の厚さを非一様化する技術が開示されている（例えば、特許文献１−２参照。）。これにより、境界層内の周方向の同時性を弱めること、あるいは吹出し出口の境界層の厚さを厚くすることにより剪断流の強さを弱めることで、吹出し口の空力騒音が低減される。また、同様の効果を狙って吹出し口を波板状にする技術も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。これらの技術は吹出し噴流による騒音が、噴流周囲の剪断流の強さに依存するとともに、剪断流が周方向に同時性を持つ場合に非常に大きな空力騒音を発生させるという空力騒音発生メカニズムに基づいたものである。

また、軸流ファンやタービンで発生する回転音や静動翼干渉音を低減する方法として、静翼の後縁から噴流生成用の送風機によって静翼の内部に供給された気体を噴出し、静翼後流の速度欠損を小さくすることで、静翼の後流と動翼との干渉によって発生する静動翼干渉音を低減する方法が研究されている（例えば、非特許文献２参照。）。
日本流体力学会誌、ながれ２０（２００１）、ｐｐ２５１−ｐｐ２３０ 特許第３１３９５８７号公報 特許第２６４１１８６号公報 特許第３３８３７９８号公報 AIAA Journal,Vol.39,No.3,March 2001, pp.458-pp.464

しかしながら、上記した従来の吹出し口の空力騒音低減方法では、吹出し出口の境界層を部分的に乱流に遷移させる乱流促進体を備えるため、この乱流促進体自身が新たな騒音発生源になるという問題があった。また、乱流促進体の形状は、所定の形状に形成されるため、その形状が効果を発揮する、ある一定範囲の風速条件でしか空力騒音を低減できないという不具合があった。さらに、流れ場に対して大きな超音波振動子や電気ヒータなどを具備しなければならないという装置上の問題や、装置構成上、細かな制御が効かないという不具合があった。

また、軸流ファンやタービンで発生する回転音や静動翼干渉音を低減する従来の方法では、噴流生成用の送風機が別途必要になるなど、実機適用に対する課題が残されていた。

ここで、発明者らは、放電プラズマの作用により気流を発生させ、この発生した気流によって流体の流れを制御する気流発生装置を提案している。そして、発明者らは、この気流発生装置を活用して空力騒音を低減させることを考えた。気流発生装置によって誘起される流れの速度は、数ｍ／ｓ〜数十ｍ／ｓ程度まで可能である。また、この気流発生装置では、非常に薄い層状の流れを適宜制御しながら発生させることが可能である。

また、気流発生装置は、薄板状に形成できるため、例えば、曲面等に配設することも可能である。また、気流発生装置を複数配設することも容易である。さらに、印加電圧を制御することで、誘起される気流の速度や気流を発生させる周期を適宜制御することができる。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、様々な空力騒音の発生メカニズムに対応して、広範囲の条件下において空力騒音の低減が可能である空力騒音低減装置、流体機器、移動体および回転機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の空力騒音低減装置は、第１の電極と、前記第１の電極と離間して配設された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加可能な電圧印加機構とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間における放電により気流を発生させ、該気流を空力騒音の発生源となる主流の少なくとも一部の流れに作用させ、空力騒音を低減することを特徴とする。

この空力騒音低減装置によれば、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印可することで、気流を発生させることができ、この気流を空力騒音の発生源となる主流の少なくとも一部の流れに作用させることで、空力騒音を低減することができる。

また、上記した空力騒音低減装置を、流体機器、移動体、回転機器等の所定の位置に設けることができる。これによって、これらの機器から発生する空力騒音を低減することができる。

本発明の空力騒音低減装置、流体機器、移動体および回転機器によれば、様々な空力騒音の発生メカニズムに対応して、広範囲の条件下において空力騒音を低減することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る一実施の形態の空力騒音低減装置１０を模式的に示した断面図である。図２は、誘起流２５の速度変化の状況を示した模式図である。

図１に示すように、空力騒音低減装置１０は、誘電体２０内に埋設された第１の電極である電極２１と、この電極２１と誘電体２０の表面からの距離を同じにし、かつ誘電体２０の表面と水平な方向にずらして離間され、誘電体２０内に埋設された第２の電極である電極２２と、ケーブル２３を介して電極２１、２２間に電圧を印加する放電用電源２４とから構成されている。

誘電体２０は、公知な固体の誘電材料で構成される。誘電体２０を構成する材料として具体的には、電気的絶縁材料である、アルミナやガラスなどの無機絶縁物、ポリイミド、ガラスエポキシ、ゴムなどの有機絶縁物などが挙げられるが、これらに限られるものではなく、気流発生装置が使用される環境下において公知な固体の誘電材料から適宜に選択される。

また、電極２１、２２としては、一般的な銅板等が使用される。電極２１、２２として銅板等を用いることで、電極２１、２２の厚さを薄くすることができ、空力騒音低減装置１０自体の厚さを数百μｍ以下に構成することが容易に可能となる。

放電用電源２４は、電圧印加機構として機能し、電極２１、２２間に電圧を印加するものである。放電用電源２４からは、例えば、正極性および／または負極性の電圧を断続的に出力するパルス状の出力電圧、正極性および負極性のパルス状の電圧を交互に出力する交番電圧、交流状（正弦波、断続正弦波）の波形を有する出力電圧などが出力される。また、放電用電源２４は、例えば、出力電圧に強弱をつけて出力するなど、電圧値を調整しながら電極２１、２２間に電圧を印加してもよい。具体的には、例えば、所定のデューティー比で正極性および負極性の電圧を交互に断続的に出力する際、初めから２パルスは高出力とし、それに続く２パルスをその半分の出力とし、この高出力の２パルスとその半分の出力の２パルスの組み合わせを繰り返し印加する制御などが挙げられる。なお、これに限られるものではなく、電圧の制御は、使用条件や用途などに応じて適宜に設定可能である。

次に、空力騒音低減装置１０によって誘起流２５が発生する現象について説明する。

放電用電源２４から電極２１と電極２２との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、電極２１と電極２２との間に放電が誘起される。空力騒音低減装置１０では、電極２１と電極２２との間に誘電体２０を介在させているので、高温下や含塵環境下においてもアーク放電にはいたらずに安定に維持することが可能なバリア放電が生じ、低温プラズマが生成される。これらの放電においては、気体中の電子のみにエネルギを与えることができるため、気体をほとんど加熱せずに気体を電離して電子およびイオンを生成することができる。生成された電子やイオンは、電界によって駆動され、それらが気体分子と衝突することで運動量が気体分子に移行する。すなわち、電極間に電圧を印加することで電極付近に誘起流２５を発生させることができる。この誘起流２５の大きさや向きは、電極に印加する電圧、周波数、電流波形、デューティ比などの電流電圧特性を変化させることで制御可能である。

上記したような大気圧下におけるバリア放電において、電極２１、２２間に直流電圧を印加すると、放電の進展とともに誘電体２０の表面に電荷が蓄積して電極２１、２２間の電界が緩和され、最終的には電界が空間の電離を維持できなくなり、放電が停止する。この放電の停止を防止するためには、誘電体２０の表面に蓄電された電荷を除去することが必要であり、そのためには、電極２１、２２間に、パルス状の正負の両極性電圧である交番電圧や交流電圧を印加する必要がある。このように電極２１、２２間に交番電圧または交流電圧を印加することで、持続的にバリア放電を行うことが可能となる。

ここで、電極２１、２２間に交番電圧を印加すると、印加される電圧の極性によって、電極２１、２２間にかかる電界の向きが逆転する。そのため、電子やイオンが中性気体分子に与える運動量の向きも電圧の極性によって逆転する。その結果、印加される電圧の極性によって、空力騒音低減装置１０の表面、すなわち誘電体２０の表面に沿って発生した誘起流２５の流れる方向は反転する。また、図２に示すように、電圧の極性を交互に変化させることで、その変化に伴って誘起流２５の流れる方向も変化し、誘起流２５は、所定の位置で振動する。

なお、空力騒音低減装置１０は上記した構成に限らず他の構成を備えてもよい。図３は、本発明に係る一実施の形態の空力騒音低減装置１０の他の形態を模式的に示した断面図である。図４および図５は、誘起流の速度変化の状況を示した模式図である。図６は、本発明に係る一実施の形態の空力騒音低減装置１０の他の形態を模式的に示した断面図である。

図３に示すように、空力騒音低減装置１０は、誘電体２０の表面と同一面に露出された第１の電極である電極２１と、この電極２１と誘電体２０の表面からの距離を異にし、かつ誘電体２０の表面と水平な方向にずらして離間され、誘電体２０内に埋没された第２の電極である電極２２と、ケーブル２３を介して電極２１、２２間に電圧を印加する放電用電源２４とから構成してもよい。

この空力騒音低減装置１０においても、放電用電源２４によって電極２１、２２間に、所定値以下の周波数の交流電圧や交番電圧を印加すると、図４に示すように、空力騒音低減装置１０の表面、すなわち誘電体２０の表面に沿って流れる方向が反転し、かつ、それぞれの方向に向かう流速が異なって振動する誘起流２５が発生する。この空力騒音低減装置１０では、電極２１を露出させることで空間にかかる電界強度を高めることができるので、電極２１が誘電体２０内に埋設されている場合よりも、より低い印加電圧で駆動することが可能となる。また、印加する電圧値を調整することで、図４および図５に示すように、印加された電圧値に伴う気流速度を得ることもできる。上記したように、印加電圧の調整によって、時間平均的に一方向に流れる誘起流２５を発生させることもできる。

また、空力騒音低減装置１０における電極構成を、公知なコロナ放電に由来するイオン風現象を利用した電極構成としてもよい。

図６に示すように、このコロナ放電に由来するイオン風現象を利用した電極構成を有する空力騒音低減装置１０は、誘電体２０の表面に露出された第１の電極である電極２１と、この電極２１と誘電体２０の表面からの距離を異にし、かつ誘電体２０の表面と水平な方向にずらして離間され、誘電体２０の表面に露出された第２の電極である電極２２と、ケーブル２３を介して電極２１、２２間に電圧を印加する放電用電源２４とから構成されてもよい。

次に、この空力騒音低減装置１０によって誘起流が発生する現象について説明する。

放電用電源２４から電極２１と電極２２との間に電圧が印加され、一定の閾値以上の電位差となると、電極２１と電極２２との間に放電が誘起される。放電は、初期においては、電極近傍だけに電離領域が限定されたコロナ放電となる。電極２１と電極２２との形状等が同一でない場合には、一方の電極のみにコロナ放電が発生することもある。

放電用電源２４からの電圧をさらに増加させていくと、双方の電極間を短絡させるアーク放電に移行する。このアーク放電では、放電のエネルギが気体を加熱するのに使われるため、熱を気流制御に利用したい場合を除いては、アーク放電が生じない電圧を印可することが好ましい。

コロナ放電が生じている状態では、電極近傍で電離によって生じた電子またはイオンは、対向する電極との間に形成されている電界によって加速される。この電子またはイオンが気体分子に衝突することで運動量が気体分子に移行する。すなわち、電極間に電圧を印加することで電極付近に誘起流２５を発生させることができる。この誘起流２５の大きさや向きは、電極に印加する電圧、周波数、電流波形、デューティ比などの電流電圧特性を変化させることで制御可能である。

上記したような大気圧下におけるコロナ放電においては、電極表面への電荷の蓄積は考慮しなくてよいので、電極２１、２２間に直流電圧を印加することが好適であるが、交流電圧を印加しても気流誘起現象は実現可能である。

ここで、電極２１、２２間に交番電圧を印加すると、印加される電圧の極性によって、電極２１、２２間にかかる電界の向きが逆転する。そのため、電子やイオンが中性気体分子に与える運動量の向きも電圧の極性によって逆転する。その結果、印加される電圧の極性によって、空力騒音低減装置１０の表面、すなわち誘電体２０の表面に沿って発生した誘起流２５の流れる方向は反転する。また、図２に示したように、電圧の極性を交互に変化させることで、その変化に伴って誘起流２５の流れる方向も変化し、誘起流２５は、所定の位置で振動する。

上記したように、本発明に係る空力騒音低減装置１０によれば、電極間に電圧を印可することで、気流を発生させることができ、この気流を空力騒音の発生源となる主流の少なくとも一部の流れに作用させることで、空力騒音を低減することができる。

以下に、上記した空力騒音低減装置１０を備え、空力騒音の低減が図られた流体機器、移動体、回転機器等について説明する。

（気流吹出し口への応用）
ここでは、気流吹出し口５０を有する装置であって、この気流吹出し口５０の近傍に空力騒音低減装置１０を配設した装置について説明する。図７は、気流吹出し口５０下流の流れを模式的に示した図である。図８は、空力騒音低減装置１０を配設した気流吹出し口５０の断面を示す図である。図９は、空力騒音低減装置１０を配設した気流吹出し口５０の斜視図である。

図７に示すように、気流吹出し口５０から噴出された噴流５１による騒音は、噴流周囲の剪断流５２の強さ（剪断層の速度勾配）に依存するとともに、剪断流５２が気流吹出し口５０の周方向に同時性を持つ場合に非常に大きな空力騒音が発生することが知られている。

そこで、この空力騒音の発生を抑制するために、本発明に係る気流吹出し口５０を有する装置では、図８および図９に示すように、気流吹出し口５０の上流側近傍の内壁面に、空力騒音低減装置１０が配設されている。この装置では、この内壁面の１箇所に空力騒音低減装置１０が配設されている。このように、空力騒音低減装置１０を設けることで、空力騒音低減装置１０から発生させた誘起流２５によって剪断流の周方向に対する一様性を断ち切ることができ、噴流５１による空力騒音が低減される。

なお、空力騒音低減装置１０の配設位置等は上記した位置に限られるものではない。次に、空力騒音低減装置１０の他の配設位置等について説明する。図１０は、空力騒音低減装置１０を他の位置に配設した気流吹出し口５０の断面を示す図である。図１１は、空力騒音低減装置１０を他の位置に配設した気流吹出し口５０の斜視図である。図１２は、空力騒音低減装置１０を他の位置に配設した気流吹出し口５０の断面を示す図である。図１３は、空力騒音低減装置１０を他の位置に配設した気流吹出し口５０の斜視図である。

図１０および図１１に示すように、気流吹出し口５０の上流側近傍の内壁面に、周方向に沿って複数の空力騒音低減装置１０を所定の間隔をあけて配設してもよい。このように空力騒音低減装置１０を設けることで、空力騒音低減装置１０から発生した誘起流２５によって、剪断流の周方向に対する一様性をより効果的に断ち切ることができるとともに、誘起流２５が一種の乱流促進体として作用する。これによって、気流吹出し口５０の境界層が乱流に遷移され、吹出し剪断層の厚さが増し、剪断層の強さが弱くなるので、噴流５１の空力騒音をさらに低減することが可能となる。さらに、空力騒音低減装置１０は、薄板状であるので、空力騒音低減装置１０が新たな空力騒音源となることもない。また、放電用電源２４による電圧の印加方法を制御することで、より広範囲の吹出し風速に対して空力騒音を低減することが可能となる。なお、複数の空力騒音低減装置１０を備えた場合には、各空力騒音低減装置１０を個々に制御し、各空力騒音低減装置１０に異なる電圧を印加するように構成してもよい。

また、図１２および図１３に示すように、気流吹出し口５０の近傍の内壁面に、周方向に沿って気流吹出し口５０からの距離を変えて複数の空力騒音低減装置１０を配設してもよい。このように空力騒音低減装置１０を設けることで、空力騒音低減装置１０から発生した誘起流２５によって、剪断流の周方向に対する一様性をより効果的に断ち切ることができるとともに、誘起流が一種の乱流促進体として作用する。これによって、気流吹出し口５０の境界層が乱流に遷移され、吹出し剪断層の厚さが増し、剪断層の強さが弱くなるので、噴流５１の空力騒音をさらに低減することが可能となる。なお、複数の空力騒音低減装置１０が配設される場合には、異なる大きさの空力騒音低減装置１０を含んで配設されてもよい。

なお、上記した空力騒音低減装置１０は、気流吹出し口５０の近傍の内壁面に、この内壁面と同一面にとなるように、流路側に突出させずに設けられているが、例えば、内壁面に対して所定の吹き出し角度を有して設置されてもよい。図１４は、空力騒音低減装置１０を、内壁面に対して所定の吹き出し角度を有して設置した場合の気流吹出し口５０の斜視図である。図１５は、図１４のＡ−Ａ断面を示す図である。

図１４および図１５に示すように、気流吹出し口５０の近傍の内壁面に、断面が略Ｖ字状の凹部５５を形成し、その凹部５５の気流吹出し口５０側の傾斜面５６に、この傾斜面５６と同一面にとなるように、流路側に突出させずに設けられている。また、傾斜面５６の内壁面に対する角度は任意に設定できる。このように空力騒音低減装置１０を設けることで、空力騒音低減装置１０から発生させた誘起流２５によって剪断流の周方向に対する一様性を断ち切ることができ、噴流５１の空力騒音を低減することができる。また、噴流５１に対して所定の角度を持たせて空力騒音低減装置１０が設けられているので、空力騒音低減装置１０からの誘起流２５と噴流５１とが干渉する境界層の乱流促進をより効果的に促進することができ、吹出し剪断層の厚さが増し、剪断層の強さが弱くなるので、噴流５１の空力騒音をさらに低減することが可能となる。

なお、空力騒音低減装置１０が設けられる気流吹出し口５０の形状は、上記した断面矩形の形状に限られるものではない。図１６は、空力騒音低減装置１０を配設した他の形状の気流吹出し口５０の斜視図である。また、図１７は、空力騒音を計測する空力騒音計測装置を備えた気流吹出し口５０の斜視図である。

図１６に示すように、気流吹出し口５０の形状は、断面円形であってもよい。この場合には、上記した断面矩形の気流吹出し口５０を備えた場合と同様に、空力騒音低減装置１０を配設することができ、図１６には、その一例として、気流吹出し口５０の近傍の内壁面に、円周方向に沿って所定の間隔をおいて複数の空力騒音低減装置１０を配設した構成を示している。なお、この場合においても、上記した断面矩形の気流吹出し口５０を備えた場合と同様の作用効果を得ることができる。

また、図１７に示すように、空力騒音低減装置１０には、気流吹出し口５０近傍の空力騒音を計測する空力騒音計測装置６０を設けてもよい。この空力騒音計測装置６０は、空力騒音を計測する計測部６１と、制御部６２とを主に備えている。また、制御部６２は、計測部６１および空力騒音低減装置１０（特に、放電用電源２４）と電気的に配線６３で接続され、計測部６１からの計測情報入力や、その計測情報に基づいて、空力騒音低減装置１０（特に、放電用電源２４）の制御等を行う。計測部６１としては、例えば音圧センサが使用される。制御部６２では、この音圧センサからの音圧情報に基づいて、空力騒音低減装置１０の放電用電源２４を制御し、印加電圧を調整する。このような構成にすることで、より適正な空力騒音の低減が可能となる。

なお、上記した空力騒音低減装置１０は、空力騒音低減装置１０の表面が気流吹出し口５０の内壁面と同一面となるように、すなわち空力騒音低減装置１０の表面が気流吹出し口５０の内壁面から突出しないように配置されることが好ましいが、上記したように空力騒音低減装置１０は、薄く構成することができるため、気流吹出し口５０の内壁面上に設置されてもよい。また、空力騒音低減装置１０を気流吹出し口５０の内壁面上に設置した場合であっても、空力騒音低減装置１０が薄いため、空力騒音の発生源となることはない。

（遠心ファンへの応用）
ここでは、気流吹出し口７１の近傍に舌部７２を有し、この舌部７２の近傍に空力騒音低減装置１０を配設した遠心ファン７０について説明する。図１８は、遠心ファン７０の断面を模式的に示した図である。

遠心ファン７０は、家庭用空調や換気扇に多く使用され、舌部７２の形状や、舌部７２とファン部７３と隙間等の設計因子が、空力騒音に影響を与えることが知られている（例えば、騒音防止工学、福田基一著、日刊工業新聞社、ｐｐ．２０１参照）。また、場合によっては、ファン部７３の翼枚数と回転数で定まる周波数と舌部７２における流れが連成した流力自励音を発生し、非常に大きな空力騒音となる。

そこで、この空力騒音の発生を抑制するために、本発明に係る遠心ファン７０では、図１８に示すように、舌部７２の近傍の内壁面に、流路側に突出させずに空力騒音低減装置１０が配設されている。このように空力騒音低減装置１０を設けることで、空力騒音低減装置１０からの誘起流２５が舌部７２の主流に撹乱を与えることができる。これによって、自励の連鎖を断ち切ることができ、空力騒音を低減することができる。また、空力騒音低減装置１０は、上記したように、薄板状に構成することができるため、舌部７２の近傍に設けた場合でも、遠心ファン７０自体の性能を妨げることはない。

なお、上記した空力騒音低減装置１０は、空力騒音低減装置１０の表面が舌部７２の近傍の内壁面と同一面となるように、すなわち空力騒音低減装置１０の表面が舌部７２の近傍の内壁面から突出しないように配置されることが好ましいが、上記したように空力騒音低減装置１０は、薄く構成することができるため、舌部７２の近傍の内壁面上に設置されてもよい。また、空力騒音低減装置１０を舌部７２の近傍の内壁面上に設置した場合であっても、空力騒音低減装置１０が薄いため、空力騒音の発生源となることはない。また、前述した気流吹出し口５０を備える装置の場合と同様に、複数の空力騒音低減装置１０を備えたり、空力騒音計測装置６０を備えてもよい。

（移動体の空洞部への応用）
ここでは、外気と接する外壁面に空洞部８０を有し、この空洞部８０の、移動体の進行方向側（図２０の矢印８３方向側）となる前縁部に空力騒音低減装置１０を配設した移動体、特に高速移動体について説明する。

図１９は、空洞部８０における流れの概略を示す図である。図２０は、空力騒音低減装置１０を備えた空洞部８０の構成を示す斜視図である。

車両や航空機などの高速移動体の、例えば外気と接する外壁面に空洞部８０を有すると、移動の際に大きな空力騒音が発生することが知られている。図１９に示すように、空洞部８０における空力騒音は、空洞部８０の前縁部から発生した剪断流８１と空洞内の音圧反射が共振する典型的な自励音の一形態であり、空洞部８０の前縁部に擾乱を発生させるなどして剪断流８１の変動と音圧の共鳴ループを断ち切ることで空力騒音を低減できる（例えば、熱流体力学、藤井昭一著、森北出版株式会社、ｐｐ．８５−８６参照）。なお、図１９の矢印８３は、移動体の進行方向を示している。

そこで、この空力騒音の発生を抑制するために、本発明に係る移動体では、図２０に示すように、空洞部８０の、移動体の進行方向側（図２０の矢印８３方向側）となる前縁部８４に、空力騒音低減装置１０が配設されている。このように空力騒音低減装置１０を設けることで、空力騒音低減装置１０からの誘起流２５が剪断流に撹乱を与えることができる。これによって、共鳴ループを断ち切ることができ、空力騒音を低減することができる。

なお、上記した空力騒音低減装置１０は、空力騒音低減装置１０の表面が空洞部８０の前縁部８４の表面と同一面となるように、すなわち空力騒音低減装置１０の表面が空洞部８０の前縁部８４の表面から突出しないように配置されることが好ましいが、上記したように空力騒音低減装置１０は、薄く構成することができるため、空洞部８０の前縁部８４の表面上に設置されてもよい。また、空力騒音低減装置１０を空洞部８０の前縁部８４の表面上に設置した場合であっても、空力騒音低減装置１０が薄いため、空力騒音の発生源となることはない。また、前述した気流吹出し口５０を備える装置の場合と同様に、複数の空力騒音低減装置１０を備えたり、空力騒音計測装置６０を備えてもよい。

（軸流ファン、軸流タービンへの応用）
ここでは、作動流体を動翼側に導く案内板を有し、この案内板の後縁部の近傍に空力騒音低減装置１０を配設した軸流ファン、作動流体を動翼側に導く静翼を有し、この静翼の後縁部の近傍に空力騒音低減装置１０を配設した軸流タービンについて説明する。また、作動流体によって回転力が付与される動翼を有し、この動翼の後縁部の近傍に空力騒音低減装置１０を配設した軸流ファン、作動流体によって回転力が付与される動翼を有し、この動翼の後縁部の近傍に空力騒音低減装置１０を配設した軸流タービンについて説明する。なお、ここでは、軸流タービンを例示して説明するが、軸流ファンにおいても、軸流タービンと同様の作用効果が得られる。

図２１は、空力騒音低減装置１０を備えた軸流タービンの静翼９０の斜視図である。図２２は、空力騒音低減装置１０を備えていない場合における静翼の後流における流れの様子を模式的に示した図である。図２３は、空力騒音低減装置１０を備えた場合における静翼の後流における流れの様子を模式的に示した図である。

軸流ファンや軸流タービンにおいては、案内板や静翼の後流における流れが、回転する動翼と次々に干渉することで大きな空力騒音を発生する。この種の静動翼干渉音を低減する方法として、噴流生成用の送風機によって静翼の内部に供給された気体を噴出し、静翼後流の速度欠損を小さくすることで静動翼干渉音を低減する方法が研究されている（例えば、AIAA Journal,Vol.39,No.3,March 2001, pp．４５８−pp．４６４参照）。この方法によって、静翼の後縁からの噴流吹出しによって大きく干渉騒音が低減されているのがわかっている。

そこで、装置の構造を複雑に構成することなく、簡便な方法で、この静動翼干渉音の発生を抑制するために、本発明に係る軸流タービンでは、図２１に示すように、静翼９０の後縁部９１の近傍に、空力騒音低減装置１０が配設されている。

ここで、図２２に示すように、静翼９０の後縁部９１に空力騒音低減装置１０を有しない場合、すなわち、静翼９０の後縁部９１から誘起流２５が発生しない場合には、静翼９０の後縁部９１の後流９３における速度勾配が大きく、速度失速域９４が大きくなる。そして、この後流９３が回転する動翼と干渉したときの渦変動が大きくなり、発生する空力騒音が大きくなると考えられる。一方、図２３に示すように、静翼９０の後縁部９１に空力騒音低減装置１０を有する場合、すなわち、静翼９０の後縁部９１から誘起流２５が発生する場合には、静翼９０の後縁部９１の後流における速度勾配が小さく、速度失速域９４が小さくなる。そして、回転する動翼と干渉したときの渦変動が小さくなり、発生する空力騒音が小さくなると考えられる。

また、上記した本発明に係る空力騒音低減装置１０を備えた静翼９０では、別途、送風機などを備える必要なく、静翼９０の後縁部９１の後流に噴流を発生させることが可能である。また、この簡易な構造で、静翼９０の後縁部９１の後流９３における速度失速域９４を小さくし、静動翼干渉音を低減することができる。

ここで、図２４に、複数の空力騒音低減装置１０が配設された静翼９０の斜視図を示す。軸流ファンや軸流タービンの静翼は、半径方向に３次元的にねじれた形状を有していることが多い。そこで、図２４に示すように、空力騒音低減装置１０を静翼９０の後縁部９１の近傍に複数設け、その設置位置を適宜選定することにより、更に効果的に誘起流２５を発生させてもよい。これによって、静翼９０の半径方向や高さ方向に亘って、静翼９０の後縁部９１の後流９３における速度失速域９４を小さくすることができる。なお、複数の空力騒音低減装置１０が配設される場合には、異なる大きさの空力騒音低減装置１０を含んで配設されてもよい。

また、複数の空力騒音低減装置１０を備えた場合には、各空力騒音低減装置１０を個々に制御し、各空力騒音低減装置１０に異なる電圧を印加するように構成してもよい。これによって、静翼９０の半径方向や高さ方向に亘って、静翼９０の後縁部９１の後流９３における速度失速域９４をさらに小さくすることができる。

また、図２５は、空力騒音低減装置１０を備えた軸流タービンの構成を示す断面図である。図２５に示すように、空力騒音低減装置１０には、静翼９０の後縁部９１の後流の空力騒音を計測する空力騒音計測装置６０を設けてもよい。この空力騒音計測装置６０は、前述したように、空力騒音を計測する計測部６１と、制御部６２とを主に備えている。また、制御部６２は、計測部６１および空力騒音低減装置１０（特に、放電用電源２４）と電気的に配線６３で接続され、計測部６１からの計測情報入力や、その計測情報に基づいて、空力騒音低減装置１０（特に、放電用電源２４）の制御等を行う。計測部６１としては、例えば音圧センサが使用される。制御部６２では、この音圧センサからの音圧情報に基づいて、空力騒音低減装置１０の放電用電源２４を制御し、印加電圧を調整する。このような構成にすることで、より適正な空力騒音の低減が可能となる。

なお、軸流ファンや軸流タービンにおいて、案内板や静翼の機械的強度を維持するために、案内板や静翼の上流側、案内板や静翼によって形成される流路に、案内板や静翼を支持する支持部材が設けられることがある。この支持部材が設けられた場合には、案内板や静翼と同様に、支持部材の後縁部に空力騒音低減装置１０を配設してもよい。これによって、支持部材の後縁部９１の後流における速度失速域を小さくし、静動翼干渉音を低減することができる。

また、上記した説明では、静翼９０の後縁部９１の後流９３における速度失速域９４を小さくする適用例について述べてきたが、この構成に限られるものではない。図２６は、空力騒音低減装置１０を静翼９０および動翼１００に備えた軸流タービンの構成を示す断面図である。図２７は、空力騒音低減装置１０を備えた場合における動翼後流における流れの様子を模式的に示した図である。

図２６に示すように、軸流ファンや軸流タービンの段落が複数ある場合には、回転する動翼１００の後縁部の近傍に、静翼９０の場合と同様に、空力騒音低減装置１０を備えてもよい。また、図２７に示すように、動翼１００の後縁部１０１に空力騒音低減装置１０を備える、すなわち、動翼１００の後縁部１０１から誘起流２５が発生することで、動翼１００の後縁部１０１の後流１０２における速度勾配が小さくなり、速度失速域１０３が小さくなる。そして、静翼９０と干渉したときの渦変動が小さくなり、発生する空力騒音が小さくなる。また、図２６に示すように、静翼９０と動翼１００の双方に空力騒音低減装置１０を備えることで、干渉騒音の低減効果を向上させることができる。

なお、上記した空力騒音低減装置１０は、空力騒音低減装置１０の表面が、静翼９０、動翼１００および支持部材の後縁部の表面と同一面となるように、すなわち空力騒音低減装置１０の表面が、静翼９０、動翼１００および支持部材の後縁部の表面から突出しないように配置されることが好ましいが、上記したように空力騒音低減装置１０は、薄く構成することができるため、静翼９０、動翼１００および支持部材の後縁部の表面上に設置されてもよい。また、空力騒音低減装置１０を、静翼９０、動翼１００および支持部材の後縁部の表面上に設置した場合であっても、空力騒音低減装置１０が薄いため、空力騒音の発生源となることはない。

（回転翼への応用）
ここでは、回転翼を有し、この回転翼の後縁部の近傍に空力騒音低減装置１０を配設した回転機器および移動体について説明する。

図２８は、空力騒音低減装置１０を備えた回転翼１１０の斜視図である。また、図２９は、空力騒音を計測する空力騒音計測装置を備えた回転翼１１０の斜視図である。

ヘリコプターや風車などの回転翼では、回転する翼が揚力変動を受ける際に大きな空力騒音を発生する。翼力変動は、回転方向前方に位置する回転翼の後流と次の翼が干渉するために発生する。

そこで、この空力騒音の発生を抑制するために、本発明に係る回転機器や移動体では、図２８に示すように、回転翼１１０の後縁部１１１に、空力騒音低減装置１０が配設されている。このように空力騒音低減装置１０を設け、空力騒音低減装置１０からの誘起流２５を発生させることで、回転翼１１０の後縁部１１１の後流における速度欠損を小さくできる。そのため、回転翼１１０の後縁部１１１の後流の速度欠損域に発生する剪断渦を弱めることができ、次の回転翼１１０と干渉する際に発生する揚力変動を抑制することができる。これによって、空力騒音を低減することができる。なお、このような後流と回転翼１１０の干渉音を弱める流体力学的機構は、前述した軸流ファンや軸流タービンの場合における流体力学的機構と同様である。

また、図２９に示すように、空力騒音低減装置１０には、回転翼１１０の後縁部１１１の後流の空力騒音を計測する空力騒音計測装置６０を設けてもよい。この空力騒音計測装置６０は、前述したように、空力騒音を計測する計測部６１と、制御部６２とを主に備えている。また、制御部６２は、計測部６１および空力騒音低減装置１０（特に、放電用電源２４）と電気的に配線６３で接続され、計測部６１からの計測情報入力や、その計測情報に基づいて、空力騒音低減装置１０（特に、放電用電源２４）の制御等を行う。計測部６１としては、例えば音圧センサが使用される。制御部６２では、この音圧センサからの音圧情報に基づいて、空力騒音低減装置１０の放電用電源２４を制御し、印加電圧を調整する。このような構成にすることで、より適正な空力騒音の低減が可能となる。

なお、上記した空力騒音低減装置１０は、空力騒音低減装置１０の表面が、回転翼１１０の後縁部１１１の表面と同一面となるように、すなわち空力騒音低減装置１０の表面が、回転翼１１０の後縁部１１１の表面から突出しないように配置されることが好ましいが、上記したように空力騒音低減装置１０は、薄く構成することができるため、回転翼１１０の後縁部１１１の表面上に設置されてもよい。また、空力騒音低減装置１０を、回転翼１１０の後縁部１１１の表面上に設置した場合であっても、空力騒音低減装置１０が薄いため、空力騒音の発生源となることはない。

以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明に係る一実施の形態の空力騒音低減装置を模式的に示した断面図。 誘起流の速度変化の状況を示した模式図。 本発明に係る一実施の形態の空力騒音低減装置の他の形態を模式的に示した断面図。 誘起流の速度変化の状況を示した模式図。 誘起流の速度変化の状況を示した模式図。 本発明に係る一実施の形態の空力騒音低減装置の他の形態を模式的に示した断面図。 気流吹出し口下流の流れを模式的に示した図。 空力騒音低減装置を配設した気流吹出し口の断面を示す図。 空力騒音低減装置を配設した気流吹出し口の斜視図。 空力騒音低減装置を他の位置に配設した気流吹出し口の断面を示す図。 空力騒音低減装置を他の位置に配設した気流吹出し口の斜視図。 空力騒音低減装置を他の位置に配設した気流吹出し口の断面を示す図。 空力騒音低減装置を他の位置に配設した気流吹出し口の斜視図。 空力騒音低減装置を内壁面に対して所定の吹き出し角度を有して設置した場合の気流吹出し口の斜視図。 図１４のＡ−Ａ断面を示す図。 空力騒音低減装置を配設した他の形状の気流吹出し口の斜視図。 空力騒音を計測する空力騒音計測装置を備えた気流吹出し口の斜視図。 遠心ファンの断面を模式的に示した図。 空洞部における流れの概略を示す図。 空力騒音低減装置を備えた空洞部の構成を示す斜視図。 空力騒音低減装置を備えた軸流タービンの静翼の斜視図。 空力騒音低減装置を備えていない場合における静翼の後流における流れの様子を模式的に示した図。 空力騒音低減装置を備えた場合における静翼の後流における流れの様子を模式的に示した図。 複数の空力騒音低減装置が配設された静翼の斜視図。 空力騒音低減装置を備えた軸流タービンの構成を示す断面図。 空力騒音低減装置を静翼および動翼に備えた軸流タービンの構成を示す断面図。 空力騒音低減装置を備えた場合における動翼後流における流れの様子を模式的に示した図。 空力騒音低減装置を備えた回転翼の斜視図。 空力騒音を計測する空力騒音計測装置を備えた回転翼の斜視図。

符号の説明

１０…空力騒音低減装置、２０…誘電体、２１，２２…電極、２３…ケーブル、２４…放電用電源、２５…気流。

Claims (13)

1. 第１の電極と、
   前記第１の電極と離間して配設された第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加可能な電圧印加機構と
   を備え、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間における放電により気流を発生させ、該気流を空力騒音の発生源となる主流の少なくとも一部の流れに作用させ、空力騒音を低減することを特徴とする空力騒音低減装置。
2. 空力騒音を計測する計測手段と、
   前記空力騒音計測装置からの情報に基づいて、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印可する電圧を制御する制御手段と
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の空力騒音低減装置。
3. 前記電圧印加機構によって印加される電圧が交番電圧であることを特徴とする請求項１または２記載の空力騒音低減装置。
4. 前記電圧印加機構によって、断続的な電圧の印加、および／または電圧値を調整しながらの電圧の印加を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の空力騒音低減装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の空力騒音低減装置を備えたことを特徴とする流体機器。
6. 前記流体機器が、気流吹出し口を有する装置であって、前記気流吹出し口の近傍に、前記空力騒音低減装置が配設されたことを特徴とする請求項５記載の流体機器。
7. 前記流体機器が気流吹出し口の近傍に舌部を有する遠心ファンであって、前記舌部の近傍に、前記空力騒音低減装置が配設されたことを特徴とする請求項５記載の流体機器。
8. 前記流体機器が、作動流体を動翼側に導く案内板を有する軸流ファンおよび作動流体を動翼側に導く静翼を有する軸流タービンのいずれかであって、前記案内板あるいは前記静翼の後縁部の近傍に、前記空力騒音低減装置が配設されたことを特徴とする請求項５記載の流体機器。
9. 前記軸流ファンが、前記案内板あるいは前記静翼の機械的強度を維持するために備えられた支柱部材をさらに有し、前記支柱部材の後縁部の近傍に、前記空力騒音低減装置が配設されたことを特徴とする請求項８記載の流体機器。
10. 前記流体機器が、作動流体によって回転力が付与される動翼を有する軸流ファンおよび軸流タービンのいずれかであって、前記動翼の後縁部の近傍に、前記空力騒音低減装置が配設されたことを特徴とする請求項５記載の流体機器。
11. 外気と接する外壁面に空洞部を有する移動体であって、前記空洞部の、前記移動体の進行方向側となる前縁部に、請求項１乃至４のいずれか１項記載の空力騒音低減装置が配設されたことを特徴とする移動体。
12. 回転翼を有する移動体であって、前記回転翼の後縁部の近傍に、請求項１乃至４のいずれか１項記載の空力騒音低減装置が配設されたことを特徴とする移動体。
13. 回転翼を有する回転機器であって、前記回転翼の後縁部の近傍に、請求項１乃至４のいずれか１項記載の空力騒音低減装置が配設されたことを特徴とする回転機器。

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