JP2009145891A - 雑音、特にロータ発電機ノイズによる雑音を減衰させるための消音構造及びその消音構造を含むロータダクト - Google Patents

Abstract

【課題】純音を吸収することができ、また、広い周波数範囲にわたる音波を吸収するのに非常に効果的である新しい消音構造を提供する。
【解決手段】本発明は、ロータ又はモータ等の騒々しい装置から放射される音波の伝播を低減するための消音構造に関する。この構造は、剛性隔壁（１）と、少なくとも１つの多孔壁（４）と、多孔壁（４）を剛性隔壁（１）から所定の距離に配置するためのセパレータ手段（２）と、を備え、多孔壁（４）と剛性隔壁（１）の間に高さｈ１の空洞部（３）を画定し、高さｈ１が、放射される音波の所与の周波数の最大吸収を得るように決定され、放射される音波の少なくとも１つの追加の周波数の最大吸収を得るための追加の吸収手段を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、概して、ロータ、モータ等から発せられる耳障りな音を低減するように音を処理する技術分野に関する。このような音響的処理は航空機の分野において、そして特にヘリコプタに対して必要不可欠であることが多い。

より詳細には、本発明は、「フェネストロン（fenestron）」としても周知のダクト型反トルクロータのダクトの音響的処理に関する。

一般に、ダクト型反トルクテールロータ及びその結果の空気の流れによって発生される雑音スペクトルにおいて、ある周波数において純音に対応する線が見られる可能性があり、その周波数は、そのロータの回転速度と、ロータブレードの数と、そのロータと風向偏向板の幾何学的構成と、そのダクトの形状及び構造と、に関連している。

多かれ少なかれ乱れている空気が供給されるダクト内で回転しているロータは、編成されるか、又はランダムである音波を発生する。

編成された音波は、「回転ノイズ」と一般に呼ばれているものから構成され、それは、ロータブレード及び伝達軸の回転周波数と、それらの高調波及び低調波と、に対応する離散周波数（線）による雑音スペクトル、又は、ブレード若しくは回転速度の角度位相シフトによって変調される周波数に対応する離散周波数（線）による雑音スペクトルを特徴とする。

ランダム波は、非常に広い周波数帯域にわたる高スペクトル密度による雑音スペクトルを特徴とする。これらのランダム波はいわゆる「広帯域」雑音を発生する。

ロータ又はモータ等の騒々しい装置から放射される音波の伝播を低減するために、消音構造を使用することが知られている。このような消音構造は、剛性隔壁と、多孔壁と、その多孔壁を剛性隔壁から所定の距離だけ離して配置するためのセパレータ手段と、を備え、多孔壁と剛性隔壁との間の空洞部が画定され、空洞部の高さは、放射される音波の所与の周波数の吸収を最大にするように決定される。

いわゆる「１／４波長」材料が、優先的に吸収される基本周波数の波長の１／４に対応する高さの空洞部を提供することが知られている。しかしながら、上記材料には幾つかの欠点がある。

幾つかの用途において、特に、ヘリコプタ用のダクト型反トルクロータに関連する用途においては、放射される可聴音波は、通常、ランダム波及び広い周波数範囲にわたって分布している編成された波の両方から構成され、周知の材料では、あらゆる飛行状態の下においてこのように作られた音波の効率的な減衰に対しては不十分な性能を示す。例えば、純音及びそれらの高調波を処理する必要があるが、−４０℃〜＋４０℃の範囲内の温度で飛行機が飛行している際に発生する広い範囲の速度変動にわたって動作する雑音源を処理する必要もある。従って、処理される必要がある寄生雑音源は多数あり、非常に多様である。

例を示すと、米国特許第６，１１４，６５２号に、音響的減衰室をハニカム構造から作る方法が記載されている。そのセルは、レーザーによって形成された穿孔を有する少なくとも２つの吸収層及び多孔質層を有する。その層を構成している材料は、ポリマーに基づいていて、レーザーの所与の放射周波数における吸収エネルギーの性質に対して選択される。それ故、その層は、音響的吸収特性を最適化するために、異なって分布される様々な直径の穿孔を示す。

上記文書には、音波の伝播を低減するための消音構造が記載されている。この構造は、剛性隔壁と、少なくとも１つの多孔壁と、多孔壁をその剛性隔壁から所定の距離だけ離して配置するためのセパレータ手段と、を備え、それにより、多孔壁と剛性隔壁の間の所与の高さの空洞部を画定する。

米国特許第６，１１４，６５２号明細書

結果として、本発明の目的は、純音を吸収することができ、また、広い周波数範囲にわたる音波を吸収するのに非常に効果的である新しい消音構造を提供することである。それ故、本発明による消音構造は、純音のグループ及び／又はいわゆる「広帯域」音を処理するのに役に立つ。これは、発生される寄生雑音における実質的及び可聴的な削減を達成する。

本発明のもう１つの目的は、防音カバー及び剛性構造要素の両方を構成する消音構造を提供することである。それ故、ヘリコプタ用のダクト型反トルクロータに関連する用途において、前記消音構造は前記反トルクロータの気流ダクトを構成する。

本発明のもう１つの目的は、板金のみで作られる要素又は複合材から作られる簡易壁を置き換えることによって、使用されている要素の重量及び容積を大幅には増加させない消音構造を提供することである。

本発明の目的は、ロータ又はモータ等の騒々しい装置から放射される音波の伝播を削減するための消音構造の助けによって達成される。この構造は、剛性隔壁と、少なくとも１つの多孔壁と、多孔壁を剛性隔壁から所定の距離だけ離して配置するためのセパレータ手段と、を備え、多孔壁と剛性隔壁の間の高さｈ１の空洞部を画定し、高さｈ１は、放射される音波の所与の基本周波数Ｆ１において最大の吸収を得るように決定され、前記構造は、放射される音波の少なくとも１つの追加の基本周波数Ｆｉにある放射される音波の最大吸収を得るための追加の吸収手段を備え、ｉは２以上の整数であり、多孔壁は微細目スクリーンによって構成される少なくとも１つの第１の層と、フェルト繊維から構成される少なくとも１つの第２の層と、を含む。

これら２つの層を結合することによって、先ず第一に間隙率を最適化すること、及び第二に、スクリーンによってそのフェルトを十分にしっかりと保持することができる。

従って、多孔壁と空洞部の組合せにおいて、追加の吸収手段は、少なくとも１つの基本周波数Ｆ１及び追加の基本周波数Ｆｉに対して１００％の最大吸収係数を得るのに役立ち、そして上記基本周波数Ｆ１及びＦｉの回りの広い周波数範囲にわたって、例えば、０．７×Ｆｉ〜１．３×Ｆｉの範囲で実質的に８０％に等しい吸収係数を得ることができる。

本発明による消音構造は、基本周波数Ｆ１又はＦｉのそれぞれに対して最大の減衰を与えるだけでなく、（２ｎ＋１）×Ｆｉに対応する基本周波数の倍数の周波数に対しても最大の減衰を与える利点を提供する。ここで、ｎは、１以上の整数である。

例を示すと、１０００ヘルツ（Ｈｚ）の中心周波数Ｆ１及び２０００ＨｚのＦ２＝２×Ｆ１における雑音の１００％減衰を得ることができ、各基本周波数の２／３の値から上記各基本周波数の４／３の値までの範囲にわたることが好ましい周波数範囲にわたる雑音の８０％減衰を一緒に得ることができる。それ故、１０００Ｈｚにおけるスペクトル線の全体の減衰は、他の雑音スペクトル線の約８０％における減衰を伴い、それらは、６６７Ｈｚ〜１３３３Ｈｚの範囲内にある代表的な雑音、好ましくは、７００Ｈｚ〜１３００Ｈｚの範囲内にある、また１４００Ｈｚ〜２６００Ｈｚの範囲内にある雑音に対する減衰である。

本発明によるある実施形態においては、追加の吸収手段は、中間高さｈ２のところでその空洞内に配置される追加の多孔壁を備える。結果として、高さｈ１及びｈ２は、それぞれ各周波数Ｆ１及びＦ２における減衰に対応する。それ故、高さｈ１及びｈ２の空洞部は並列に配置され、それにより、高さｈ１及びｈ２の２つの連続した空洞部を直列に配置するのに比べて、その消音構造によって占められる厚さが削減される。

本発明による別の実施形態においては、その追加の吸収手段は、高さｈ１を連続的に、少なくとも１つの方向において、１つの空洞部から次の空洞部へと変化させるように多孔壁に対して剛性隔壁の傾斜によって実施される。このような設計は、広い周波数範囲にわたって雑音の処理を改善するのに役に立つ。それ故、本発明による別の実施形態においては、これらの追加の吸収手段を１つ又は複数の基本周波数Ｆｉにおける雑音処理を改善する追加の吸収手段と関連付けることが有利である。

本発明による別の実施形態においては、その追加の吸収手段は、高さｈ１の空洞部と、高さｈ３の追加の空洞部と、を交互に備え、高さｈ３は高さｈ１より低くなっている。例を示すと、これらの高さｈ３の追加の空洞部は、高さｈ１の空洞部の幾つかにおいて、例えば、１つおきの空洞部において剛性隔壁上に吸収材料を堆積することによって作られる。

本発明の範囲を超えることなしに、ある状況においては、消音構造の性能を改善するために前記実施形態のうちの各種の組合せを考えることができる。

本発明による消音構造のある実施形態においては、その空洞部は、その剛性隔壁から多孔壁まで実質的に直交して延びる直立した隔壁を使用することによって画定される。

本発明による消音構造のある実施形態においては、１つ又は複数のスクリーン及び／又はフェルトは、金属又は複合材から作られることが好ましい。

本発明による消音構造のある実施形態においては、第１層及び第２層が溶接又は接着によって一緒に組み立てられる。これらの作業、及び、その空洞部を画定する剛性隔壁に対して多孔壁を組み立てることは、その消音構造の製造時に容易に自動化することができる。

本発明による消音構造のある実施形態においては、剛性隔壁は、ガラス繊維から作られることが好ましい。このガラス繊維は、直立した隔壁に適用されることが好ましい。これによって、特にヘリコプタの分野において必要であるような硬度、強度及び軽量性が得られる。

本発明の目的は、また、ヘリコプタの反トルクロータに対するダクトの助けによっても達成され、そのダクトは少なくとも部分的に前記消音構造によって構成される。

本発明の目的は、また、前記消音構造によって少なくとも部分的に構成されるフェアリングから作られるダクトを有するヘリコプタに対するダクト型反トルクロータの助けによっても達成される。

本発明の目的は、また、ヘリコプタの部分に対するフェアリングの助けによっても達成され、このフェアリングは前記消音構造を備える。

本発明の他の特徴及び利点は、純粋に非限定的例示方法によって与えられる添付の図面を参照して以下の記述を読むことによってより詳しく理解される。

従来技術による周知の消音構造の一実施形態を示す図である。 本発明による消音構造の一実施形態を示す図である。 本発明による消音構造の別の実施形態を示す図である。 本発明による消音構造の別の実施形態を示す図である。 本発明による消音構造を含むダクト内に配置されたヘリコプタのダクト型ロータを示す概略断面図である。 図５に対応する概略立面図である。 本発明による消音構造を備えたダクトを、本発明による消音構造を含むロータハブと一緒に有するヘリコプタのダクト型ロータの断面図である。 周波数Ｆ１及びＦ２＝２×Ｆ１を処理するために設計された消音構造に対応する、周波数の関数としての雑音吸収係数を示す図である。

一部を図１に示す本発明による消音構造は、例えば、ガラス繊維の剛性隔壁１と、空洞部３を画定するために剛性隔壁１から実質的に直交して延びる直立した隔壁２と、を含む。例えば、ガラス繊維から作られる直立した隔壁２は、多孔壁４まで延び、剛性隔壁１と多孔壁４との間にセパレータ手段を構成する。

空洞部３は、所与の温度Ｔにおいて、吸収される基本周波数Ｆの逆数に良好な近似で比例している値の高さｈ１を示す。以下の関係が知られている。

ｈ＝ｃ×Ｔ^１／２×１／Ｆ
ここで、ｃは定数であり、Ｆは吸収される周波数である。

値ｈは、吸収される周波数Ｆの波長の１／４又はその倍数に実質的に対応する。

多孔壁４は、細かいか又は非常に細かいメッシュサイズを有する金属スクリーンの第１の層４ａと、金属繊維フェルトから構成される第２の層４ｂと、を有する。そのスクリーン及びフェルトも複合材から作ることができる。層４ａ及び４ｂは溶接又は接着によって一緒に組み立てられる。

図２は、本発明による消音構造のある実施形態を示す。この構造は、剛性隔壁１と多孔壁４の間に配置される第２の多孔壁５を含む。それ故、各空洞部３が、第２の多孔壁５によって２つに分割されている。

多孔壁５は、ｈ１より低い高さｈ２のところに位置した状態で剛性隔壁１から隔置されている。高さｈ２は、前記のように、ｈ１を決定しているのと同一の関係によって決定される。

多孔壁５は、多孔壁４と同一であるか又は類似していることが好ましく、微細目金属スクリーンから作られる第１の層５ａと、金属繊維フェルトから作られる第２の層５ｂと、を備える。

この消音構造は、減衰される雑音における２つの別個のスペクトル線に対応する２つの基本周波数Ｆ１及びＦ２を吸収するのに役に立つ。

図３は、本発明による消音構造の別の実施形態を示す。本発明によるこの実施形態においては、追加の吸収手段は、高さｈ１の空洞部と交互に配置される高さｈ３を表す追加の空洞部７を備える。高さｈ３は、前記関係によって同様に決定される。

追加の空洞部７は、空洞部３の幾つかにおいて、剛性隔壁１上に吸収材料７ａを堆積することによって得られる。例を示すと、１つおきの空洞部３をこのようにして高さｈ３を表す追加の空洞部７に変換することができる。１つの変形版においては、例えば、３つごとの空洞部又は４つごとの空洞部を追加の空洞部７に変換することもできる。

このようにして空洞部３及び追加の空洞部７は、放射雑音スペクトル内の別個の周波数Ｆ１及びＦ３の音波を吸収するのにそれぞれ役に立つ。

図４は、本発明による消音構造の別の実施形態を示し、その追加の吸収手段は、剛性隔壁１を多孔壁４に対して傾斜させることによって得られる。これによって、１つの直立した隔壁２から次の隔壁まで進む、異なる高さｈ１_（ｎ）を示す直立した隔壁３が生じる。

これによって、高さｈ１_（ｎ）の１つの直立した隔壁２と、高さｈ１_{（ｎ＋１）}の１つの隣接の直立した隔壁２と、を供する特定の空洞部８が作られる。１つの剛性隔壁から次の剛性隔壁までの高さにおける変化は、剛性隔壁１の傾斜によって自然に決定される。結果として、前記消音構造は、放出される雑音のスペクトル線の幾つかを減衰させ、より好ましくは、いわゆる「広帯域」雑音に対応する広い周波数帯域の雑音を減衰させることが好ましい。

図５は、ヘリコプタ用のダクト型反トルクロータのある実施形態を示す断面図である。その反トルクロータは、ブレード１１を駆動するハブ１０を有する。

支持板１２は、まず第一に、空気が通過するダクト１３内の所定の位置にハブ１０を保持するために、及び第二に、ロータによって排除される空気の流れを偏向させるために設けられる。これは、例えば、図６に示されるように、支持板１２ａの１つに対しては半径方向の向き、及び、その他の支持板１２ｂに対しては準半径方向の特定の向きを有する支持板１２によって実行される。

反トルクロータによって吸入される空気が矢印Ａによって表されている。その吸入空気は、ダクト１３の入口１３ａを介して気流ダクト１３内に貫通し、ダクト１３の出口１３ｂを介して排除される。

ダクト１３の入口１３ａ及び出口１３ｂは、ロータの回りのフェアリング１５によって画定される。フェアリング１５は、本発明による消音構造の要素を使用することによって、又は、本発明による消音構造内に覆われる要素を使用することによって作られる。

気流ダクト１３は、ブレード１１の先端の軌跡の回りに配置されるスロート１６も備える。

例を示すと、支持板１２ａ及び１２ｂは、本発明による消音構造が支持板の各面上に設けられる。気流ダクト１３を画定するフェアリング１５の部分の全てが本発明による消音構造のカバーを含むことが好ましい。

１つの変形版として、これらの部分を消音構造要素から直接作ることもできる。そして、その要素は、反トルクロータの剛性構造要素を構成する。

図７は、ヘリコプタのダクト型反トルクロータを通る断面図である。この場合、ハブ１０は、伝達軸１７の手段によってブレード１１に回転運動を伝達する。ハブ１０は、ケーシング１０ａ及びカバー要素１０ｂを有し、それらは本発明による消音構造内に覆われるか又は消音構造によって構成される。

気流ダクト１３は、特に、空気取り入れリップ１８によって、及び、本発明による消音構造内に覆われるか又は消音構造によって構成される拡散コーン１９によって画定される。気流ダクト１３全体が、本発明による消音構造で処理されることが好ましい。すなわち、気流ダクト１３は、本発明の消音構造によって覆われるか又は消音構造により構成されることが好ましい。

図７に示されるような反トルクロータは、矢印Ｒによって表されている逆方向においてダクト１３を通過して流れる空気によって逆のモードで動作することもできる。気流ダクト１３は、その雑音減衰特性を逆モードにおいても維持する。

図８は、本発明による消音構造の特定の実施形態に適用され、その吸収係数ＣＡを周波数Ｆの関数として示す。この特定の場合においては、基本周波数Ｆ１及びＦ２＝２×Ｆ１、また３×Ｆ１、５×Ｆ１、及び３×Ｆ２も１００％減衰される。また、１００％減衰される他の高調波は、見やすくするために図面からは省略されている。前記周波数の約±３０％を占めている広い帯域における周波数も少なくとも８０％減衰される。これにより、２．１×Ｆ２及び３．９×Ｆ２の範囲内にある周波数に対して少なくとも８０％の雑音減衰が提供される。

Claims (12)

1. ロータ又はモータ等の騒々しい装置から放射される音波の伝播を低減するための消音構造であって、前記構造は、剛性隔壁（１）と、少なくとも１つの多孔壁（４）と、前記多孔壁（４）を前記剛性隔壁（１）から所定の距離に配置するためのセパレータ手段と、を備え、前記多孔壁（４）と前記剛性隔壁（１）の間に高さｈ１の空洞部（３）を画定し、前記高さｈ１が所与の基本周波数Ｆ１における放射された音波の最大吸収を得るように決定され、前記構造が、少なくとも１つの追加の基本周波数Ｆｉにおいて放射される音波の最大吸収を得るための追加の吸収手段を含み、ここで、ｉは、２以上の整数であり、前記多孔壁（４，５）は、細目スクリーンによって構成される少なくとも１つの第１の層（４ａ，５ａ）と、フェルト繊維によって構成された少なくとも１つの第２の層（４ｂ，５ｂ）と、を有する、
   消音構造。
2. 前記スクリーン及び／又はフェルトが、金属又は複合材から作られる、
   請求項１に記載の消音構造。
3. 前記第１の層（４ａ，５ａ）及び前記第２の層（４ｂ，５ｂ）が、溶接又は接着によって一緒に組み立てられる、
   請求項１に記載の消音構造。
4. 前記追加の吸収手段が、基本周波数Ｆ２に対する最大吸収を得るように中間高さｈ２のところで前記空洞部（３）内に配置される少なくとも１つの追加の多孔壁（５）を有する、
   請求項１に記載の消音構造。
5. 前記追加の吸収手段が、１つの特定の空洞部（８）から次の空洞部へ進行する少なくとも１つの方向において、高さｈ１を変更するように、前記多孔壁（４）に対する前記剛性隔壁（１）の傾斜によって実施される、
   請求項１に記載の消音構造。
6. 前記追加の吸収手段が、高さｈ１の空洞部（３）と、高さｈ３の追加の空洞部（７）と、の交互配列を有し、前記高さｈ３が前記高さｈ１より低い、
   請求項１に記載の消音構造。
7. 前記追加の空洞部（７）が、高さｈ１の前記空洞部（３）の幾つかのうちの剛性隔壁（１）上に吸収材料（７ａ）を堆積することによって作られる、
   請求項６に記載の消音構造。
8. 前記空洞部（３，７）が、前記剛性隔壁（１）から多孔壁（４，５）まで実質的に直交的に延びる直立した隔壁（２）によって画定される、
   請求項１に記載の消音構造。
9. 前記剛性隔壁（１）が、少なくとも部分的にガラス繊維から作られる、
   請求項１に記載の消音構造。
10. 請求項１に記載の消音構造によって、少なくとも部分的に構成される、
    ヘリコプタの反トルクロータ用のダクト（１３）。
11. 請求項１に記載の消音構造によって少なくとも部分的に構成されるフェアリング（１５）を含む、
    ヘリコプタ用のダクト型反トルクロータ。
12. 請求項１に記載の消音構造を含む、
    ヘリコプタの部分のためのフェアリング（１５）。

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