JP2012246808A - Fan noise reduction device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To more effectively cancel an acoustic wave transmitted into a duct of a turbo fan engine.SOLUTION: A fan noise reduction device includes: a plasma actuator 22 which is disposed in the duct 11 of the turbo fan engine S1, generates a sound when a voltage is applied thereto; and a control unit 24 that makes the plasma actuator 22 generate the sound using an inverse phase of the acoustic wave in the duct 11.

Description

本発明は、ファン騒音低減装置に関するものである。   The present invention relates to a fan noise reduction device.

ターボファンエンジンでは、ファン動翼の回転及び静翼の存在によって生じる音が繰り返し発生することによって音響波が生じ、この音響波がダクト内を伝播して外部に漏れることに起因する騒音が発生することが知られている。   In a turbofan engine, an acoustic wave is generated by the repeated generation of sound generated by the rotation of a fan blade and the presence of a stationary blade, and noise is generated due to the acoustic wave propagating through the duct and leaking outside. It is known.

例えば、非特許文献1には、ターボファンエンジンのダクトにスピーカを設置することによって、音響波を打ち消す方法が提案されている。
この方法では、スピーカから音響波と逆位相の音響波を発生させることによって、これらの音響波同士を打ち消し合わせ、これによって外部に漏出する音響波を低減させて騒音の低減を図っている。
For example, Non-Patent Document 1 proposes a method of canceling an acoustic wave by installing a speaker in a duct of a turbofan engine.
In this method, an acoustic wave having a phase opposite to that of an acoustic wave is generated from a speaker, so that these acoustic waves cancel each other, thereby reducing the acoustic wave leaking to the outside and reducing noise.

Ulf Tapken and Roland Bauers, German Aerospace Center (DLR), Institute of Propulsion Technology, Berlin, Germany 他2名、「 Turbomachinery Exhaust Noise Radiation Experiments - Part 2: In-Duct and Far-Field Mode Analysis 」, 14th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference (29th AIAA Aeroacoustics Conference), 5 - 7 May 2008, Vancouver, British Columbia Canada, AIAA 2008-2858Ulf Tapken and Roland Bauers, German Aerospace Center (DLR), Institute of Propulsion Technology, Berlin, Germany and two others, `` Turbomachinery Exhaust Noise Radiation Experiments-Part 2: In-Duct and Far-Field Mode Analysis '', 14th AIAA / CEAS Aeroacoustics Conference (29th AIAA Aeroacoustics Conference), 5-7 May 2008, Vancouver, British Columbia Canada, AIAA 2008-2858

米国特許第5478199号明細書US Pat. No. 5,478,199

しかしながら、ターボファンエンジンにスピーカを設置するとなると、当然ながらスピーカを設置するだけターボファンエンジンの重量増加及び大型化に繋がる。
一方、特許文献2には、小型のスピーカやピエゾデバイスを用いることによって、同様に音響波を打ち消す方法が提案されているが、これらの小型のスピーカやピエゾデバイスでは、出力される音量が小さく、十分に音響波を打ち消すことができない。
However, if a speaker is installed in the turbofan engine, naturally, only installing the speaker leads to an increase in weight and an increase in size of the turbofan engine.
On the other hand, Patent Document 2 proposes a method for canceling an acoustic wave in the same manner by using a small speaker or piezo device. However, in these small speakers and piezo devices, the output volume is small, The acoustic wave cannot be canceled out sufficiently.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ターボファンエンジンのダクトを伝播する音響波をより効果的に打ち消すことが可能なファン騒音低減装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a fan noise reduction device capable of more effectively canceling an acoustic wave propagating through a duct of a turbofan engine.

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。   The present invention adopts the following configuration as means for solving the above-described problems.

第1の発明は、ファン騒音低減装置であって、ターボファンエンジンのダクト内に配置されると共に電圧が印加されることによって音を発するプラズマアクチュエータと、前記ダクト内の音響波と逆位相にて前記プラズマアクチュエータに音を発させる制御手段とを備えるという構成を採用する。   A first aspect of the present invention is a fan noise reduction device, which is disposed in a duct of a turbofan engine and generates a sound when a voltage is applied thereto, and has an opposite phase to an acoustic wave in the duct. A configuration is adopted in which the plasma actuator is provided with a control means for generating sound.

第2の発明は、上記第1の発明において、前記プラズマアクチュエータがファン動翼の上流側と下流側との両方に設置されているという構成を採用する。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the plasma actuator is installed on both the upstream side and the downstream side of the fan rotor blade.

第3の発明は、上記第1または第2の発明において、前記プラズマアクチュエータが前記ダクトの周方向に複数設置されているという構成を採用する。   A third invention employs a configuration in which a plurality of the plasma actuators are installed in the circumferential direction of the duct in the first or second invention.

第4の発明は、上記第1〜第3いずれかの発明において、前記ダクト内の流速を計測する流速計測器と、ファン動翼の回転数を計測する回転数計測器とを備え、前記制御手段が、ダクト内の流速とファン動翼の回転数に関連付けて音響波の波形を予め記憶し、前記流速計測器での計測結果及び前記回転数計測器での計測結果に基づいて前記音響波の波形を取得すると共に取得した波形に基づいて前記プラズマアクチュエータを駆動するという構成を採用する。なお、ここでいう波形とは、振幅および周期を指す。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects of the present invention, the flow rate measuring device that measures the flow rate in the duct, and the rotational speed measuring device that measures the rotational speed of the fan rotor blade, The means stores in advance a waveform of an acoustic wave in association with the flow velocity in the duct and the rotational speed of the fan rotor blade, and the acoustic wave is based on the measurement result by the flow velocity measuring instrument and the measurement result by the rotational speed measurement instrument. And a configuration in which the plasma actuator is driven based on the acquired waveform. The waveform here refers to the amplitude and period.

第5の発明は、上記第1〜第3いずれかの発明において、前記ファン動翼と前記プラズマアクチュエータとの間に配置される音響波計測器を備え、前記制御手段が、前記音響波計測器の計測結果に基づいて前記音響波の波形を取得すると共に取得した波形に基づいて前記プラズマアクチュエータを駆動するという構成を採用する。   According to a fifth invention, in any one of the first to third inventions, an acoustic wave measuring instrument is disposed between the fan rotor blade and the plasma actuator, and the control means includes the acoustic wave measuring instrument. A configuration is adopted in which the waveform of the acoustic wave is acquired based on the measurement result and the plasma actuator is driven based on the acquired waveform.

第6の発明は、上記第1〜第3いずれかの発明において、前記ファン動翼から見て前記プラズマアクチュエータの外側に配置される音響波計測器を備え、前記制御手段が、前記音響波計測器の計測結果に基づいて前記音響波の波形を取得すると共に取得した波形に基づいて前記プラズマアクチュエータを駆動するという構成を採用する。   A sixth invention includes any one of the first to third inventions, further comprising an acoustic wave measuring instrument disposed outside the plasma actuator as viewed from the fan rotor blade, wherein the control means includes the acoustic wave measurement. A configuration is adopted in which the waveform of the acoustic wave is acquired based on the measurement result of the vessel and the plasma actuator is driven based on the acquired waveform.

第7の発明は、上記第5または第6の発明において、前記音響波計測器が前記ダクトの周方向に複数設置されているという構成を採用する。   7th invention employ | adopts the structure that the said acoustic wave measuring device is installed with two or more in the circumferential direction of the said duct in the said 5th or 6th invention.

本発明によれば、ターボファンエンジンのダクト内に配置されるプラズマアクチュエータからダクトを伝播する音響波と逆位相で音を発することによって音響波を打ち消す。
また、このようなプラズマアクチュエータは、駆動されることによって体積力を発生して空気流れを形成する。このため、ダクト内のインピーダンスを変化させ、吸音材と同じようにプラズマアクチュエータを機能させることができる。
つまり、本発明によれば、プラズマアクチュエータが発する音と空気流れの両方で音響波を打ち消すことができる。
したがって、本発明によれば、ターボファンエンジンのダクトを伝播する音響波をより効果的に打ち消すことができ、小型ながら大きな消音効果を発揮することができる。このため、ターボファンエンジンの重量化及び大型化を招くことなく、騒音の低減を図ることができる。
According to the present invention, an acoustic wave is canceled by emitting a sound in an opposite phase to the acoustic wave propagating through the duct from a plasma actuator disposed in the duct of the turbofan engine.
Further, such a plasma actuator generates a volume force when driven to form an air flow. For this reason, the impedance in a duct is changed and a plasma actuator can be functioned like a sound-absorbing material.
That is, according to the present invention, the acoustic wave can be canceled by both the sound generated by the plasma actuator and the air flow.
Therefore, according to the present invention, the acoustic wave propagating through the duct of the turbofan engine can be canceled out more effectively, and a large silencing effect can be exhibited despite the small size. For this reason, noise can be reduced without increasing the weight and size of the turbofan engine.

本発明の第1実施形態におけるファン騒音低減装置が設置されるターボファンエンジンの概略構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically schematic structure of the turbofan engine in which the fan noise reduction apparatus in 1st Embodiment of this invention is installed. 本発明の第1実施形態におけるファン騒音低減装置が備えるプラズマアクチュエータ22の模式図である。It is a schematic diagram of the plasma actuator 22 with which the fan noise reduction apparatus in 1st Embodiment of this invention is provided. 図1の紙面と直交する直交面での断面図であり、(a)が図1のA−A線断面図であり、(b)が図1のB−B線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the paper surface of FIG. 1, (a) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and (b) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 本発明の第2実施形態におけるファン騒音低減装置がターボファンエンジンに設置された様子を模式的に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows typically a mode that the fan noise reduction apparatus in 2nd Embodiment of this invention was installed in the turbofan engine. 本発明の第2実施形態におけるファン騒音低減装置の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of the fan noise reduction apparatus in 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明に係るファン騒音低減装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。   Hereinafter, an embodiment of a fan noise reduction device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.

(第1実施形態)
図1は、本実施形態のファン騒音低減装置20が設置されるターボファンエンジンS1の概略構成を模式的に示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a turbofan engine S1 in which the fan noise reduction device 20 of the present embodiment is installed.

図1に示すように、ターボファンエンジンS1は、アウターカウル1と、インナーカウル2と、ファン3と、低圧圧縮機4と、高圧圧縮機5と、燃焼器6と、高圧タービン7と、低圧タービン8と、シャフト9と、主ノズル10とを備えている。   As shown in FIG. 1, the turbofan engine S1 includes an outer cowl 1, an inner cowl 2, a fan 3, a low pressure compressor 4, a high pressure compressor 5, a combustor 6, a high pressure turbine 7, a low pressure A turbine 8, a shaft 9, and a main nozzle 10 are provided.

アウターカウル1は、ターボファンエンジンS1のなかで最も上流側に配置された円筒形部材であり、空気の流れ方向の上流端及び下流端が開口端とされ、上流端が空気取込口として機能するものである。
そして、アウターカウル1は、図1に示すように、その内部にインナーカウル2の上流側及びファン3を収容している。
The outer cowl 1 is a cylindrical member arranged on the most upstream side in the turbofan engine S1, and the upstream end and the downstream end in the air flow direction are open ends, and the upstream end functions as an air intake port. To do.
As shown in FIG. 1, the outer cowl 1 houses the upstream side of the inner cowl 2 and the fan 3 therein.

インナーカウル2は、アウターカウル1よりも小径の円筒形部材であり、アウターカウル1と同様に、空気の流れ方向の上流端及び下流端が開口端とされている。
このインナーカウル2は、ターボファンエンジンS1の主要部である低圧圧縮機4と、高圧圧縮機5と、燃焼器6と、高圧タービン7と、低圧タービン8と、シャフト9と、主ノズル10等を内部に収容している。
The inner cowl 2 is a cylindrical member having a smaller diameter than the outer cowl 1, and the upstream end and the downstream end in the air flow direction are open ends, like the outer cowl 1.
The inner cowl 2 includes a low-pressure compressor 4, a high-pressure compressor 5, a combustor 6, a high-pressure turbine 7, a low-pressure turbine 8, a shaft 9, a main nozzle 10, and the like, which are main parts of the turbofan engine S1. Is housed inside.

そして、本実施形態においては、軸方向(図1の左右方向)においてインナーカウル2が存在しない領域ではアウターカウル1の内部空間が、軸方向においてインナーカウル2が存在する領域ではアウターカウル1とインナーカウル2で挟まれた空間が空気流の流れるダクト11として機能する。   In the present embodiment, the inner space of the outer cowl 1 is in a region where the inner cowl 2 is not present in the axial direction (left-right direction in FIG. 1), and the outer cowl 1 and the inner space are in a region where the inner cowl 2 is present in the axial direction. A space sandwiched between the cowls 2 functions as a duct 11 through which an air flow flows.

なお、インナーカウル2の内部は、アウターカウル1に取込まれた空気の一部及び燃焼器6で生成される高温ガスが通る流路(以下、コア流路と称する)とされている。
また、図1に示すように、アウターカウル1とインナーカウル2とは、空気の流れ方向から見て同心円状に配置されており、隙間を空けて配置されている。そして、アウターカウル1とインナーカウル2との隙間は、アウターカウル1内に取込まれた空気のうち、コア流路に流れこまない残部を外部に排出するバイパス流路とされている。
また、アウターカウル1及びインナーカウル2は、不図示のパイロンにより航空機の機体に取り付けられている。
The inside of the inner cowl 2 is a flow path (hereinafter referred to as a core flow path) through which a part of the air taken into the outer cowl 1 and high-temperature gas generated by the combustor 6 pass.
As shown in FIG. 1, the outer cowl 1 and the inner cowl 2 are arranged concentrically when viewed from the air flow direction, and are arranged with a gap therebetween. And the clearance gap between the outer cowl 1 and the inner cowl 2 is made into the bypass flow path which discharges the remainder which does not flow into a core flow path among the air taken in in the outer cowl 1.
The outer cowl 1 and the inner cowl 2 are attached to the aircraft body by a pylon (not shown).

ファン3は、アウターカウル1内に流れ込む空気流を形成するものであり、シャフト9に固定される複数のファン動翼3aと、バイパス流路に配置される複数のファン静翼3bとを備えている。
なお、後に詳説するシャフト9は、空気の流れ方向から見て、半径方向に2つに分割されている。より詳細には、シャフト9は、芯部である中実の第1シャフト9aと、第1シャフト9aを囲って外側に配置される中空の第2シャフト9bとによって構成されている。
そして、ファン動翼3aは、シャフト9の第1シャフト9aに固定されている。
The fan 3 forms an air flow that flows into the outer cowl 1, and includes a plurality of fan rotor blades 3a fixed to the shaft 9 and a plurality of fan stationary blades 3b arranged in the bypass flow path. Yes.
The shaft 9 described in detail later is divided into two in the radial direction when viewed from the air flow direction. More specifically, the shaft 9 is constituted by a solid first shaft 9a that is a core portion and a hollow second shaft 9b that is disposed outside the first shaft 9a.
The fan rotor blade 3 a is fixed to the first shaft 9 a of the shaft 9.

低圧圧縮機4は、図1に示すように、高圧圧縮機5よりも上流側に配置されており、ファン3によってコア流路に送り込まれた空気を圧縮するものである。
この低圧圧縮機4は、シャフト9の第1シャフト9aに固定される動翼と、インナーカウル2の内壁に固定される静翼とを備えている。
なお、動翼4aは、環状に等間隔で複数配列されて1つの動翼列を構成している。また、静翼4bも環状に等間隔で複数配列されて1つの静翼列を構成している。そして、低圧圧縮機4では、空気の流れ方向において、静翼列から始まり、静翼列と動翼列とが交互に複数配置されている。
As shown in FIG. 1, the low-pressure compressor 4 is disposed on the upstream side of the high-pressure compressor 5, and compresses air sent into the core flow path by the fan 3.
The low-pressure compressor 4 includes a moving blade fixed to the first shaft 9 a of the shaft 9 and a stationary blade fixed to the inner wall of the inner cowl 2.
The moving blades 4a are arranged in a ring shape at equal intervals to form one moving blade row. A plurality of stationary blades 4b are also arranged in a ring at regular intervals to form one stationary blade row. In the low-pressure compressor 4, a plurality of stationary blade rows and moving blade rows are alternately arranged starting from the stationary blade row in the air flow direction.

高圧圧縮機5は、図1に示すように、低圧圧縮機4よりも下流側に配置されており、低圧圧縮機4から送り込まれた空気をさらに高圧に圧縮するものである。
この高圧圧縮機5は、シャフト9の第2シャフト9bに固定される動翼5aと、インナーカウル2の内壁に固定される静翼5bとを備えている。
なお、低圧圧縮機4と同様に、動翼5aは、環状に等間隔で複数配列されて1つの動翼列を構成している。また、静翼5bも環状に等間隔で複数配列されて1つの静翼列を構成している。そして、空気の流れ方向において、静翼列と動翼列とが交互に複数配置されている。
As shown in FIG. 1, the high-pressure compressor 5 is disposed on the downstream side of the low-pressure compressor 4, and compresses the air fed from the low-pressure compressor 4 to a higher pressure.
The high-pressure compressor 5 includes a moving blade 5 a that is fixed to the second shaft 9 b of the shaft 9 and a stationary blade 5 b that is fixed to the inner wall of the inner cowl 2.
As with the low-pressure compressor 4, the moving blades 5 a are arranged in a ring shape at equal intervals to constitute one moving blade row. A plurality of stationary blades 5b are also arranged in a ring at regular intervals to constitute one stationary blade row. A plurality of stationary blade rows and moving blade rows are alternately arranged in the air flow direction.

燃焼器6は、高圧圧縮機5の下流側に配置されており、高圧圧縮機5から送り込まれる圧縮空気と、不図示のインジェクタから供給される燃料との混合気を燃焼することによって高温ガスを生成するものである。   The combustor 6 is disposed on the downstream side of the high-pressure compressor 5, and burns a mixture of compressed air fed from the high-pressure compressor 5 and fuel supplied from an injector (not shown) to generate high-temperature gas. Is to be generated.

高圧タービン7は、燃焼器6の下流側に配置されており、燃焼器6から排出される高温ガスから回転動力を回収するものである。
この高圧タービン7は、シャフト9の第2シャフト9bに固定される複数のタービン動翼7aと、コア流路に固定される複数のタービン静翼7bとを備えており、タービン静翼7bに整流された高温ガスをタービン動翼7aで受けて第2シャフト9bを回転駆動する。
The high-pressure turbine 7 is disposed on the downstream side of the combustor 6, and collects rotational power from the high-temperature gas discharged from the combustor 6.
The high-pressure turbine 7 includes a plurality of turbine rotor blades 7a fixed to the second shaft 9b of the shaft 9 and a plurality of turbine stator blades 7b fixed to the core flow path. The generated high temperature gas is received by the turbine rotor blade 7a to rotate the second shaft 9b.

低圧タービン8は、高圧タービン7の下流側に配置されており、高圧タービン7を通過した高温ガスからさらに回転動力を回収するものである。
この低圧タービン8は、シャフト9の第1シャフト9aに固定される複数のタービン動翼8aと、コア流路に固定される複数のタービン静翼8bとを備えており、タービン静翼8bによって整流された高温ガスをタービン動翼8aで受けて第1シャフト9aを回転駆動する。
The low-pressure turbine 8 is disposed on the downstream side of the high-pressure turbine 7, and further collects rotational power from the high-temperature gas that has passed through the high-pressure turbine 7.
The low-pressure turbine 8 includes a plurality of turbine blades 8a fixed to the first shaft 9a of the shaft 9, and a plurality of turbine stationary blades 8b fixed to the core flow path, and rectified by the turbine stationary blade 8b. The generated high temperature gas is received by the turbine rotor blade 8a, and the first shaft 9a is rotationally driven.

シャフト9は、空気の流れ方向に向いて配置される棒状部材であり、タービン(高圧タービン7及び低圧タービン8)にて回収された回転動力をファン3及び圧縮機(低圧圧縮機4及び高圧圧縮機5)に伝達するものである。
このシャフト9は、上述のように、半径方向に2つ分割されて、第1シャフト9aと、第2シャフト9bとによって構成されている。
そして、第1シャフト9aは、上流側に低圧圧縮機4の動翼4a及びファン3のファン動翼3aが取り付けられ、下流側に低圧タービン8のタービン動翼8aが取り付けられている。
また、第2シャフト9bは、上流側に高圧圧縮機5の動翼5aが取り付けられ、下流側に高圧タービン7のタービン動翼7aが取り付けられている。
The shaft 9 is a rod-like member arranged in the air flow direction, and the rotational power recovered by the turbine (the high pressure turbine 7 and the low pressure turbine 8) is converted into the fan 3 and the compressor (the low pressure compressor 4 and the high pressure compression). Machine 5).
As described above, the shaft 9 is divided into two in the radial direction, and is constituted by the first shaft 9a and the second shaft 9b.
The first shaft 9a has the moving blade 4a of the low-pressure compressor 4 and the fan moving blade 3a of the fan 3 attached to the upstream side, and the turbine moving blade 8a of the low-pressure turbine 8 attached to the downstream side.
Further, the second shaft 9b has the moving blade 5a of the high-pressure compressor 5 attached to the upstream side and the turbine moving blade 7a of the high-pressure turbine 7 attached to the downstream side.

主ノズル10は、低圧タービン8のさらに下流側に設けられると共に、ターボファンエンジンS1の後方に向けて低圧タービン8を通過した高温ガスを噴射するものである。
そして、この主ノズル10から高温ガスが噴射される際の反作用によってターボファンエンジンS1の推力が得られる。
The main nozzle 10 is provided further downstream of the low-pressure turbine 8 and injects high-temperature gas that has passed through the low-pressure turbine 8 toward the rear of the turbofan engine S1.
The thrust of the turbofan engine S1 is obtained by the reaction when the high temperature gas is injected from the main nozzle 10.

このような構成を有するターボファンエンジンS1においては、定常状態では、ファン3の駆動によってアウターカウル1内に空気が取込まれ、その一部がコア流路に流入する。
コア流路に流入した空気は、低圧圧縮機4及び高圧圧縮機5によって順次圧縮され、燃焼器6に供給される。
燃焼器6に供給された圧縮空気は、燃料と混合されて混合気とされる。そして、当該混合気が燃焼器6によって燃焼されることによって高温ガスが生成される。
燃焼器6において生成された高温ガスは、高圧タービン7及び低圧タービン8を通過して主ノズル10からターボファンエンジンS1の後方に噴射される。これによって推進力が得られる。
In the turbofan engine S1 having such a configuration, in a steady state, air is taken into the outer cowl 1 by driving the fan 3, and a part thereof flows into the core flow path.
The air flowing into the core flow path is sequentially compressed by the low pressure compressor 4 and the high pressure compressor 5 and supplied to the combustor 6.
The compressed air supplied to the combustor 6 is mixed with fuel to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is combusted by the combustor 6 to generate high temperature gas.
The hot gas generated in the combustor 6 passes through the high-pressure turbine 7 and the low-pressure turbine 8 and is injected from the main nozzle 10 to the rear of the turbofan engine S1. This provides a driving force.

なお、高温ガスが高圧タービン7を通過する際に、高圧タービン7によって回転動力が回収され、第2シャフト9bを介して高圧圧縮機5の動翼5aが回転駆動される。
また、高温ガスが低圧タービン8を通過する際に、低圧タービン8によって回転動力が回収され、第1シャフト9aを介して低圧圧縮機4の動翼4a及びファン3のファン動翼3aが回転駆動される。
When the high-temperature gas passes through the high-pressure turbine 7, the rotational power is recovered by the high-pressure turbine 7, and the rotor blade 5a of the high-pressure compressor 5 is rotationally driven through the second shaft 9b.
Further, when the high-temperature gas passes through the low-pressure turbine 8, the rotational power is recovered by the low-pressure turbine 8, and the rotor blade 4a of the low-pressure compressor 4 and the fan rotor blade 3a of the fan 3 are rotationally driven through the first shaft 9a. Is done.

このようなターボファンエンジンS1では、ファン動翼3aが回転駆動されると、空気流が形成される。そして、この空気流れの中にファン動翼3aと静翼3bとが存在によって、音が繰り返し発せられて、音響波が発生する。
この音響波は、ファン動翼の回転数とダクト11内部の空気流速とに依存する周期にて繰り返される粗密波であり、ダクト11内を伝播して外部に漏出することによって騒音となる。
In such a turbofan engine S1, when the fan rotor blade 3a is rotationally driven, an air flow is formed. Then, due to the presence of the fan rotor blade 3a and the stationary blade 3b in the air flow, sound is repeatedly emitted and an acoustic wave is generated.
This acoustic wave is a close-packed wave that is repeated with a period that depends on the rotational speed of the fan rotor blade and the air flow velocity inside the duct 11, and becomes noise by propagating through the duct 11 and leaking outside.

そして、本実施形態のファン騒音低減装置20は、上述のような音響波を打ち消すことによって、ファンの駆動が原因となる騒音(ファン騒音)を低減させるものである。
ファン騒音低減装置20は、図1に示すように、流速計測器21と、プラズマアクチュエータ22と、回転数計測器23と、制御器24(制御手段)とを備えている。
And the fan noise reduction apparatus 20 of this embodiment reduces the noise (fan noise) caused by the drive of the fan by canceling the acoustic wave as described above.
As shown in FIG. 1, the fan noise reduction device 20 includes a flow velocity measuring device 21, a plasma actuator 22, a rotation number measuring device 23, and a controller 24 (control means).

流速計測器21は、ダクト11内の空気流の流速を計測するものであり、プラズマアクチュエータ22及び回転数計測器23に対して空気流の上流側に配置されており、本実施形態においては、ダクト11内であって当該ダクト11の入口端近傍に設置されている。   The flow velocity measuring device 21 measures the flow velocity of the air flow in the duct 11 and is arranged on the upstream side of the air flow with respect to the plasma actuator 22 and the rotation speed measuring device 23. In the present embodiment, It is installed in the duct 11 and in the vicinity of the inlet end of the duct 11.

プラズマアクチュエータ22は、ダクト11内に配置されると共に電圧が印加されることによって音を発する。
図2は、プラズマアクチュエータ22の模式図である。この図に示すように、プラズマアクチュエータ22は、絶縁層30と、絶縁層30の上面に配置される第1電極板32と、絶縁層30の下面に配置される第2電極板31とを備えている。
そして、図2に示すように、第1電極板32と第2電極板31とが、絶縁層30の厚さ方向から見て変位して配置された構成を有している。
このようなプラズマアクチュエータ22の第1電極板32と第2電極板31とに制御器24の制御の下、電力を供給すると、第2電極板32の側方であって絶縁層30の厚さ方向から見て第2電極板31と重なる領域にプラズマが生成される。この際、プラズマアクチュエータ22から音が発せられる。また、プラズマが生成された領域の空気がイオン化されて体積力が発生し、矢印で示す空気流が形成される。
The plasma actuator 22 is arranged in the duct 11 and emits a sound when a voltage is applied thereto.
FIG. 2 is a schematic diagram of the plasma actuator 22. As shown in this figure, the plasma actuator 22 includes an insulating layer 30, a first electrode plate 32 disposed on the upper surface of the insulating layer 30, and a second electrode plate 31 disposed on the lower surface of the insulating layer 30. ing.
As shown in FIG. 2, the first electrode plate 32 and the second electrode plate 31 are arranged so as to be displaced as viewed from the thickness direction of the insulating layer 30.
When power is supplied to the first electrode plate 32 and the second electrode plate 31 of the plasma actuator 22 under the control of the controller 24, the thickness of the insulating layer 30 is on the side of the second electrode plate 32. Plasma is generated in a region overlapping the second electrode plate 31 when viewed from the direction. At this time, a sound is emitted from the plasma actuator 22. Further, the air in the region where the plasma is generated is ionized to generate a body force, and an air flow indicated by an arrow is formed.

そして、図1に示すように、プラズマアクチュエータ22は、ファン動翼3aの上流側と下流側との両方に配置されている。なお、以下の説明においては、ファン動翼3aの上流側に配置されるプラズマアクチュエータ22を上流側プラズマアクチュエータ22aと称し、ファン動翼3aの下流側に配置されるプラズマアクチュエータ22を下流側プラズマアクチュエータ22bと称する。   And as shown in FIG. 1, the plasma actuator 22 is arrange | positioned at both the upstream and downstream of the fan rotor blade 3a. In the following description, the plasma actuator 22 disposed on the upstream side of the fan rotor blade 3a is referred to as an upstream plasma actuator 22a, and the plasma actuator 22 disposed on the downstream side of the fan rotor blade 3a is referred to as a downstream plasma actuator. 22b.

図3は、図1の紙面と直交する直交面での断面図であり、(a)が図1のA−A線断面図であり、(b)が図1のB−B線断面図である。
これらの図に示すように、上流側プラズマアクチュエータ22a及び下流側プラズマアクチュエータ22bは、ダクト11の周方向に等間隔で複数設置されている。
3 is a cross-sectional view taken along an orthogonal plane orthogonal to the paper surface of FIG. 1, (a) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and (b) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. is there.
As shown in these drawings, a plurality of upstream plasma actuators 22 a and downstream plasma actuators 22 b are installed at equal intervals in the circumferential direction of the duct 11.

図1に戻り、回転数計測器23は、ファン動翼3aの回転数を計測し、この測定結果を出力するものであり、
そして、本実施形態において回転数計測器23は、図1に示すように、ファン動翼3aのチップ側に配置されている。
Returning to FIG. 1, the rotational speed measuring device 23 measures the rotational speed of the fan rotor blade 3 a and outputs the measurement result.
And in this embodiment, the rotation speed measuring device 23 is arrange | positioned at the chip | tip side of the fan rotor blade 3a, as shown in FIG.

制御器24は、本実施形態のファン騒音低減装置20の動作全体を制御するものであり、流速計測器21と、プラズマアクチュエータ22と、回転数計測器23とに電気的に接続されている。
そして、本実施形態において制御器24は、ダクト11内を伝播する音響波の波形を取得するためのデータベースを予め記憶している。
ダクト11内を伝播する音響波の波形は、ダクト11内の流速とファン動翼3aの回転数に依存して変化する。このため、制御器24に予め記憶されるデータベースは、ダクト11内の流速とファン動翼の回転数とに音響波の波形が関連付けられたものとなっている。
The controller 24 controls the entire operation of the fan noise reduction device 20 of the present embodiment, and is electrically connected to the flow velocity measuring device 21, the plasma actuator 22, and the rotation number measuring device 23.
In the present embodiment, the controller 24 stores a database for acquiring the waveform of the acoustic wave propagating through the duct 11 in advance.
The waveform of the acoustic wave propagating in the duct 11 changes depending on the flow velocity in the duct 11 and the rotational speed of the fan rotor blade 3a. For this reason, the database stored in advance in the controller 24 is such that the acoustic wave waveform is associated with the flow velocity in the duct 11 and the rotational speed of the fan rotor blade.

そして、制御器24は、流速計測器21の計測結果と回転数計測器23の計測結果とをデータベースに照らし合わせてダクト11内を伝播する音響波の波形を取得し、取得した音響波の波形に基づいてプラズマアクチュエータ22を駆動する。
具体的には、制御器24は、ダクト11内を伝播する音響波と逆位相の音が発せられるようにプラズマアクチュエータ22を駆動する。
Then, the controller 24 compares the measurement result of the flow velocity measuring device 21 and the measurement result of the rotation speed measuring device 23 with the database, acquires the waveform of the acoustic wave propagating in the duct 11, and acquires the acquired acoustic wave waveform. Based on the above, the plasma actuator 22 is driven.
Specifically, the controller 24 drives the plasma actuator 22 so that a sound having an opposite phase to the acoustic wave propagating in the duct 11 is emitted.

なお、制御器24には、上記データベースに換えて、ダクト11内の流速とファン動翼の回転数とをパラメータとする音響波の波形の演算式を記憶させておくことも可能である。
この場合には、制御器24は、流速計測器21の計測結果と回転数計測器23の計測結果とを演算式に代入して音響波の波形を算出(取得)し、この算出した音響波の波形に基づいてプラズマアクチュエータ22を駆動する。
It should be noted that the controller 24 can store an arithmetic expression of an acoustic wave waveform using the flow velocity in the duct 11 and the rotational speed of the fan rotor blade as parameters, instead of the database.
In this case, the controller 24 calculates (acquires) the waveform of the acoustic wave by substituting the measurement result of the flow velocity measuring device 21 and the measurement result of the rotation speed measuring device 23 into an arithmetic expression, and the calculated acoustic wave The plasma actuator 22 is driven based on the waveform.

このような構成を有する本実施形態のファン騒音低減装置20によれば、ターボファンエンジンS1のダクト11内に配置されるプラズマアクチュエータ22から、ダクト11を伝播する音響波と逆位相で音を発することによって音響波を打ち消す。
また、このようなプラズマアクチュエータ22は、駆動されることによって体積力を発生して空気流れを形成する。このため、ダクト11内のインピーダンスを変化させ、プラズマアクチュエータ22を吸音材と同じように機能させることができる。
つまり、本発明によれば、プラズマアクチュエータが発する音と空気流れの両方で音響波を打ち消すことができる。
したがって、本実施形態のファン騒音低減装置20によれば、ターボファンエンジンS1のダクト11を伝播する音響波をより効果的に打ち消すことができ、小型ながら大きな消音効果を発揮することができる。このため、ターボファンエンジンS1の重量化及び大型化を招くことなく、騒音の低減を図ることができる。
According to the fan noise reduction device 20 of the present embodiment having such a configuration, sound is emitted from the plasma actuator 22 disposed in the duct 11 of the turbofan engine S1 with a phase opposite to that of the acoustic wave propagating through the duct 11. To cancel the acoustic wave.
Further, such a plasma actuator 22 generates a volume force when driven to form an air flow. For this reason, the impedance in the duct 11 can be changed and the plasma actuator 22 can be functioned in the same manner as the sound absorbing material.
That is, according to the present invention, the acoustic wave can be canceled by both the sound generated by the plasma actuator and the air flow.
Therefore, according to the fan noise reduction device 20 of the present embodiment, the acoustic wave propagating through the duct 11 of the turbofan engine S1 can be canceled out more effectively, and a large noise reduction effect can be exhibited despite its small size. For this reason, noise can be reduced without increasing the weight and size of the turbofan engine S1.

また、本実施形態のファン騒音低減装置20においては、プラズマアクチュエータ22がファン動翼3aの上流側と下流側との両方に設置されている。
このため、ファン動翼3aの上流側に伝播する音響波を上流側に配置されるプラズマアクチュエータ22である上流側プラズマアクチュエータ22aによって打ち消することができ、ファン動翼3aの下流側に伝播する音響波を下流側に配置されるプラズマアクチュエータ22である下流側プラズマアクチュエータ22bによって打ち消すことができる。
したがって、ダクト11の入口側及び出口側の両方から音響波が外部に漏出することを防止することができ、よりファン騒音を低減させることができる。
Further, in the fan noise reduction device 20 of the present embodiment, the plasma actuators 22 are installed on both the upstream side and the downstream side of the fan rotor blade 3a.
For this reason, the acoustic wave propagating to the upstream side of the fan rotor blade 3a can be canceled by the upstream plasma actuator 22a, which is the plasma actuator 22 arranged on the upstream side, and the acoustic wave propagating to the downstream side of the fan rotor blade 3a. The wave can be canceled by the downstream plasma actuator 22b, which is the plasma actuator 22 arranged on the downstream side.
Therefore, the acoustic wave can be prevented from leaking to the outside from both the inlet side and the outlet side of the duct 11, and the fan noise can be further reduced.

また、本実施形態のファン騒音低減装置20においては、プラズマアクチュエータ22がダクト11の周方向に複数設置されている。
このため、ダクト11の全周に亘って音響波を打ち消すことができ、よりファン騒音を低減させることができる。
In the fan noise reduction device 20 of the present embodiment, a plurality of plasma actuators 22 are installed in the circumferential direction of the duct 11.
For this reason, an acoustic wave can be canceled over the perimeter of the duct 11, and a fan noise can be reduced more.

また、本実施形態のファン騒音低減装置20においては、制御器24が予めデータベースを記憶し、流速計測器21での計測結果及び回転数計測器23の計測結果に基づいて音響波の波形を取得した。このため、簡素な構成で音響波の波形を求めることができる。   Further, in the fan noise reduction device 20 of the present embodiment, the controller 24 stores a database in advance, and acquires an acoustic wave waveform based on the measurement result of the flow velocity measurement device 21 and the measurement result of the rotation speed measurement device 23. did. For this reason, the waveform of the acoustic wave can be obtained with a simple configuration.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
図4は、本実施形態のファン騒音低減装置20AがターボファンエンジンS1に設置された様子を模式的に示す概略断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the description of the present embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment is omitted or simplified.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically showing a state where the fan noise reduction device 20A of the present embodiment is installed in the turbofan engine S1.

この図に示すように、ファン騒音低減装置20は、ファン動翼3aとプラズマアクチュエータ22との間に配置される音響波計測器25を備え、制御器24は、音響波計測器25の計測結果に基づいて音響波の波形を取得すると共に取得した波形に基づいてプラズマアクチュエータ22を駆動する。   As shown in this figure, the fan noise reduction device 20 includes an acoustic wave measuring instrument 25 disposed between the fan rotor blade 3 a and the plasma actuator 22, and the controller 24 measures the measurement result of the acoustic wave measuring instrument 25. The waveform of the acoustic wave is acquired based on the above and the plasma actuator 22 is driven based on the acquired waveform.

より詳細には、音響波計測器25は、ファン動翼3aの上流側と下流側との両方に配置されている。
そして、制御器24は、ファン動翼3aの上流側に配置された音響波計測器25(以下、上流側音響波計測器25aと称する)によってファン動翼3aの上流側に伝播する音響波の波形を取得し、上流側プラズマアクチュエータ22aを駆動する。
また、制御器24は、ファン動翼3aの下流側に配置された音響波計測器25(以下、下流側音響波計測器25bと称する)によってファン動翼3aの下流側に伝播する音響波の波形を取得し、下流側プラズマアクチュエータ22bを駆動する。
More specifically, the acoustic wave measuring instrument 25 is arranged on both the upstream side and the downstream side of the fan rotor blade 3a.
Then, the controller 24 transmits acoustic waves propagating upstream of the fan rotor blade 3a by an acoustic wave measuring instrument 25 (hereinafter referred to as upstream acoustic wave measuring instrument 25a) disposed on the upstream side of the fan rotor blade 3a. The waveform is acquired and the upstream plasma actuator 22a is driven.
Further, the controller 24 transmits acoustic waves propagating to the downstream side of the fan rotor blade 3a by an acoustic wave measuring instrument 25 (hereinafter referred to as a downstream acoustic wave measuring instrument 25b) disposed on the downstream side of the fan rotor blade 3a. The waveform is acquired and the downstream plasma actuator 22b is driven.

また、上流側音響波計測器25aは、上流側プラズマアクチュエータ22aと同様に、ダクト11の周方向に等間隔で複数配置されている。
また、下流側音響波計測器25bは、下流側プラズマアクチュエータ22bと同様に、ダクト11の周方向に等間隔で複数配置されている。
Further, a plurality of upstream acoustic wave measuring instruments 25a are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the duct 11 as in the upstream plasma actuator 22a.
Further, a plurality of downstream acoustic wave measuring instruments 25b are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the duct 11, like the downstream plasma actuator 22b.

このような構成を有する本実施形態のファン騒音低減装置20Aによれば音響波計測器25の計測結果から音響波の波形を取得し、これらの音響波の波形を用いてより正確な音響波の波形を取得する。
したがって、本実施形態のファン騒音低減装置20Aによれば、より確実に騒音の低減を図ることができる。
According to the fan noise reduction device 20A of the present embodiment having such a configuration, the waveform of the acoustic wave is acquired from the measurement result of the acoustic wave measuring instrument 25, and a more accurate acoustic wave is obtained using the waveform of the acoustic wave. Get the waveform.
Therefore, according to the fan noise reduction device 20A of the present embodiment, noise can be more reliably reduced.

なお、本実施形態のファン騒音低減装置20Aでは、音響波計測器25をプラズマアクチュエータ22よりも音響波の音源側に配置することで、いわゆるフィードフォワード制御にてプラズマアクチュエータ22を駆動する構成を採用した。
しかしながら、図5に示すように、音響波計測器25をファン動翼3aから見て前記プラズマアクチュエータ22の外側に配置しても良い。このような場合には、音響波計測器25で計測される音響波が小さくなるようにプラズマアクチュエータ22を制御するフィードバック制御を行う。
Note that the fan noise reduction device 20A of the present embodiment employs a configuration in which the acoustic actuator 25 is driven by so-called feedforward control by disposing the acoustic wave measuring instrument 25 on the acoustic wave sound source side of the plasma actuator 22. did.
However, as shown in FIG. 5, the acoustic wave measuring instrument 25 may be disposed outside the plasma actuator 22 when viewed from the fan rotor blade 3a. In such a case, feedback control is performed to control the plasma actuator 22 so that the acoustic wave measured by the acoustic wave measuring instrument 25 becomes small.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態においては、プラズマアクチュエータ22をダクト11の周方向に等間隔で複数配置する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、プラズマアクチュエータ22をダクト11の周方向に不等間隔で複数配置するようにしても良い。また、ダクト11の周方向に配置されるプラズマアクチュエータ22を空気の流れ方向にずらして配置して良い。また、ダクト11の周方向に配置されるプラズマアクチュエータ22の数は任意である。
For example, in the above embodiment, the configuration in which a plurality of plasma actuators 22 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the duct 11 has been described.
However, the present invention is not limited to this, and a plurality of plasma actuators 22 may be arranged at unequal intervals in the circumferential direction of the duct 11. Further, the plasma actuators 22 arranged in the circumferential direction of the duct 11 may be arranged shifted in the air flow direction. Further, the number of plasma actuators 22 arranged in the circumferential direction of the duct 11 is arbitrary.

20,20A……ファン騒音低減装置、21……流速計測器、22……プラズマアクチュエータ、23……回転計測器、24……制御器(制御手段)、25……音響波計測器、S1……ターボファンエンジン、11……ダクト、3a……ファン動翼、3b……ファン静翼   20, 20A: Fan noise reduction device, 21 ... Flow velocity measuring device, 22 ... Plasma actuator, 23 ... Rotation measuring device, 24 ... Controller (control means), 25 ... Acoustic wave measuring device, S1 ... ... Turbofan engine, 11 ... duct, 3a ... fan blade, 3b ... fan stationary blade

Claims (7)

ターボファンエンジンのダクト内に配置されると共に電圧が印加されることによって音を発するプラズマアクチュエータと、
前記ダクト内の音響波と逆位相にて前記プラズマアクチュエータに音を発させる制御手段と
を備えることを特徴とするファン騒音低減装置。
A plasma actuator which is arranged in a duct of a turbofan engine and emits sound when a voltage is applied;
And a control means for causing the plasma actuator to emit sound in a phase opposite to that of the acoustic wave in the duct.
前記プラズマアクチュエータがファン動翼の上流側と下流側との両方に設置されていることを特徴とする請求項1記載のファン騒音低減装置。   2. The fan noise reduction device according to claim 1, wherein the plasma actuator is installed on both the upstream side and the downstream side of the fan rotor blade. 前記プラズマアクチュエータが前記ダクトの周方向に複数設置されていることを特徴とする請求項1または2記載のファン騒音低減装置。   The fan noise reduction device according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the plasma actuators are installed in a circumferential direction of the duct. 前記ダクト内の流速を計測する流速計測器と、ファン動翼の回転数を計測する回転数計測器とを備え、
前記制御手段は、ダクト内の流速とファン動翼の回転数に関連付けて音響波の波形を予め記憶し、前記流速計測器での計測結果及び前記回転数計測器での計測結果に基づいて前記音響波の波形を取得すると共に取得した波形に基づいて前記プラズマアクチュエータを駆動する
ことを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載のファン騒音低減装置。
A flow velocity measuring device for measuring the flow velocity in the duct, and a rotational speed measuring device for measuring the rotational speed of the fan blade,
The control means stores in advance a waveform of an acoustic wave in association with the flow velocity in the duct and the rotation speed of the fan rotor blade, and based on the measurement result in the flow velocity measuring instrument and the measurement result in the rotation speed measurement instrument, The fan noise reduction device according to any one of claims 1 to 3, wherein the plasma actuator is driven based on an acquired waveform of an acoustic wave.
前記ファン動翼と前記プラズマアクチュエータとの間に配置される音響波計測器を備え、
前記制御手段は、前記音響波計測器の計測結果に基づいて前記音響波の波形を取得すると共に取得した波形に基づいて前記プラズマアクチュエータを駆動する
ことを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載のファン騒音低減装置。
An acoustic wave measuring instrument disposed between the fan rotor blade and the plasma actuator;
The said control means drives the said plasma actuator based on the acquired waveform while acquiring the waveform of the said acoustic wave based on the measurement result of the said acoustic wave measuring device. The described fan noise reduction device.
前記ファン動翼から見て前記プラズマアクチュエータの外側に配置される音響波計測器を備え、
前記制御手段は、前記音響波計測器の計測結果に基づいて前記音響波の波形を取得すると共に取得した波形に基づいて前記プラズマアクチュエータを駆動する
ことを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載のファン騒音低減装置。
An acoustic wave measuring instrument disposed outside the plasma actuator as seen from the fan blade,
The said control means drives the said plasma actuator based on the acquired waveform while acquiring the waveform of the said acoustic wave based on the measurement result of the said acoustic wave measuring device. The described fan noise reduction device.
前記音響波計測器が前記ダクトの周方向に複数設置されていることを特徴とする請求項5または6記載のファン騒音低減装置。   The fan noise reduction device according to claim 5 or 6, wherein a plurality of the acoustic wave measuring devices are installed in a circumferential direction of the duct.
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