JP2874648B2 - 音響回流水槽計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、略環状に形成され
た空胴内に充満した水を循環させる回流水槽の計測胴内
に供試体を配置し、その供試体から発生する音を計測す
る音響回流水槽計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】船が走行するときにプロペラ等から発生
する音が大きいと渦が発生したりキャビテーション等が
発生し推進効率に影響を与える。また、海洋調査船等の
ように水中音響機器を用いて海中を調査する場合にはプ
ロペラキャビテーション雑音が問題となる。

【０００３】このため船用のプロペラの低雑音化やキャ
ビテーション防止、走行中の船の静粛化を図るため、回
流水槽の水流中にプロペラや船舶モデル等の供試体を配
置し、その供試体から発生する音を計測することが行わ
れている。

【０００４】図４は供試体の音を測定するための回流水
槽の外観斜視図である。

【０００５】同図において、略環状に形成された空胴１
の上側中央に断面が略矩形の計測胴２が設けられてい
る。空胴１の下側中央には回流ポンプ３が設けられてお
り、この回流ポンプ３は外部に配置された電動機４で回
転駆動される。空胴１内には水が充満しており電動機４
が作動すると水が空胴１内を循環するようになってい
る。計測胴２の外部には図には示されていない計測装置
が設けられており、計測胴２内に配置された供試体（例
えばプロペラ）５から発生する音を計測するようになっ
ている。

【０００６】図５は音響回流水槽計測装置の他の従来例
の断面図である(Philip A.Abbot,Stephen A.Celuzza an
d Robert.J.Etter.,THE ACOUSTIC CHARACTERISTICS OF
THENAVAL SURFACE WARFARE CENTER'S LARGE CAVITATION
CHANNEL(LCC),NCA-Vol.15/FED-Vol.168,Flow Noise Mo
deling,Measurement,and Control ASME 1993)。

【０００７】この音響回流水槽計測装置は、計測胴２の
下面に音響窓２１を設け、音響窓２１の下側にトラフ２
２を設け、トラフ２２の内壁に吸音材２３を設け、吸音
材２３と音響窓２１の間にハイドロフォン２４を面状に
複数個配置してハイドロフォンアレイ２４ａを形成した
ものである。供試体２５で発生した音波がハイドロフォ
ンアレイ２４ａの各ハイドロフォン２４に到達するまで
の時間には差があるので、その差を位相差として各ハイ
ドロフォン２４からの信号を重ね合わせることにより指
向性をもたせることができる。また信号の位相を変える
ことにより、特定の方向からの音波を高感度でひろうこ
とができる。尚、２６は背後（下）からの反射波を反射
するための反射板である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示した従来例では、音響窓２１は計測胴２の一方の面に
限られるため、水流中の供試体２５から四方に放射され
る音波を自在に補足することは困難である。また、音響
窓２１が設けられた面以外の計測胴２の内壁で反射され
た音波が重畳するため、ハイドロフォンアレイ２４ａの
指向性を利用した供試体２５の音源の位置解析が難しい
という問題があった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、回流水槽の水流中に置かれた種々の供試体から発生
する音を、背景雑音から分離して高感度で計測し、か
つ、音源の位置の解析が容易な音響回流水槽計測装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、略環状に形成された空胴内に充満した水
を循環させる回流水槽の計測胴内に供試体を配置し、そ
の計測胴を音波を透過しやすい材質で構成し、計測胴の
周囲に計測胴を取り囲むように吸音トラフを設け、計測
胴と吸音トラフとの間に多数のハイドロフォンを計測胴
を取り囲むとともに水の流れ方向に沿って所定の間隔で
面状に配置して供試体から発生する音を計測する音響回
流水槽計測装置において、吸音トラフを、計測胴の上下
面及び両側面をそれぞれ覆う箱状の筐体と、筐体内に水
の流れ方向に沿うように所定の間隔で設けられた多孔性
のゴムからなる複数の楔型の吸音材とで構成し、計測胴
に着脱自在かつ内部を水で充満できるようにしたもので
ある。

【００１１】

【００１２】上記構成によって、供試体から発生した音
波が計測胴を透過して、計測胴の周囲に配置された各ハ
イドロフォンに到達する。供試体で発生した音波がハイ
ドロフォンアレイの各ハイドロフォンに到達するまでの
時間には差があるので、その差を位相差として各ハイド
ロフォンからの信号を重ね合わせることにより指向性を
もたせることができる。ハイドロフォンは計測胴の周囲
に配置されているので、供試体の音源を四方から立体的
につきとめることができる。他方、各ハイドロフォンの
背後に伝搬した音波は吸音トラフの吸音材に吸収される
ので、吸音トラフでの反射波がハイドロフォンに到達す
ることがなく、高Ｓ／Ｎ比が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１４】図１は本発明の音響回流水槽計測装置の一
実施の形態を示す断面図であり、図２は図１に示した音
響回流水槽計測装置の拡散分解図である。図３は矢印Ａ
方向の矢視断面図である。

【００１５】図１に示す計測胴３０は、略Ｕ字形状の耐
圧殻３１と耐圧殻３１を塞ぐ耐圧殻上蓋３２とで構成さ
れ、耐圧殻３１の下面、両側面及び耐圧殻上蓋３２には
それぞれ観測窓３３，３４，３５，３６が設けられてい
る。耐圧殻３１、耐圧殻上蓋３２及び観測窓３３，３
４，３５，３６には、音波を透過しやすい材質（例えば
アクリル等、水と音響インピーダンスが略等しいもの、
アルミハニカム材を用いてもよい）が用いられている
（ここで「音波を透過しやすい」とは音波が反射や屈折
等をほとんど伴わずに透過することを意味する）。

【００１６】計測胴３０の上下両側面には吸音トラフ３
７，３８，３９が設けられており、吸音トラフ３７，３
８，３９の内側には複数の楔型の吸音材４０が設けられ
ている。吸音材４０と計測胴３０との間には断面Ｌ字状
のハイドロフォン取付台４１と平板状のハイドロフォン
取付台４２，４７が設けられており、ハイドロフォン取
付台４１，４２には多数（図では２４個であるが限定さ
れない）のハイドロフォン４３が所定の間隔で配置され
ている。

【００１７】吸音トラフ３７，３８，３９、吸音材４
０、ハイドロフォン取付台４１，４２及びハイドロフォ
ン４３で上部計測トラフ４４及び下部計測トラフ４５，
４６が構成されており、各計測トラフ４４，４５，４６
は計測胴３０に着脱自在に取り付けられるようになって
おり、各計測トラフ４４，４５，４６内は水で充満する
ようになっている。

【００１８】図２において、耐圧殻上蓋３２に取り付け
られる上部計測トラフ４４の吸音トラフ３７は略箱状に
形成されており、その内側には複数（図では９枚である
が限定されない）の多孔性ゴムからなる吸音材４０が配
置され、吸音トラフ３７の吸音材４０と耐圧殻上蓋３２
と一致する面との間には平板状のハイドロフォン取付台
４７が破線で示す支持部材４８を介して取り付けられて
いる。このハイドロフォン取付台４７には５個（図では
５個であるが限定されない）のハイドロフォン４３が所
定の間隔で配置されている。

【００１９】図３に示すように、上部計測トラフの下面
が開口した箱状の吸音トラフ３７内には、複数（図では
６枚であるが限定されない）の吸音材４０が一定の間隔
を隔てて互いに平行、かつ耐圧殻上蓋３２に対して垂直
になるように配置されている。すなわち、５枚×６枚の
吸音材４０が面状に配置されている。吸音トラフ３７の
前面及び後面には略矩形状の吸音材４９が貼り付けられ
ている。吸音材４０と耐圧殻上蓋３２と一致する面との
間には複数（例えば７個）のハイドロフォン４３が水の
流れ方向（矢印Ｂ方向、図１及び図２では紙面に垂直な
方向）に対して所定の間隔を隔てて、吸音トラフ３７か
らの固体振動伝搬を遮断するため防振ゴムを介して配置
されている。尚、吸音材４０の高さｈは吸収すべき背景
雑音となる音波（反射波）の波長λ_N に等しく、間隔Ｓ
₁ はその音波の半波長（λ_N ／２）に等しいのが好まし
い。また、ハイドロフォン４３の間隔Ｓ₂ は計測すべき
音波の半波長（λ_S ／２）に等しいのが好ましい。

【００２０】図２において、耐圧殻３１の左側の側面と
下面とに取り付けられる吸音トラフ３８は略断面Ｌ字状
に形成されており、その内側には複数（図では１５枚で
あるが限定されない。）の吸音材４０が配置されてい
る。吸音材４０は図では１５枚だけ示されているが、水
の流れ方向に沿って一定の間隔（λ_N ／２）を隔てて６
枚ずつ配置されている（計９０枚）。

【００２１】吸音トラフ３８の吸音材４０と耐圧殻３１
と一致する面との間には略断面Ｌ字状のハイドロフォン
取付台４１が設けられており、このハイドロフォン取付
台４１には複数（図では１３個であるが限定されな
い。）のハイドロフォン４３が配置されている。ハイド
ロフォン４３は図では１３個だけ示されているが、水の
流れ方向に沿って一定の間隔を隔てて７個ずつ配置され
ている（計９１個）。

【００２２】耐圧殻３１の右側の側面に設けられた吸音
トラフ３９は平板状に形成されており、その内側には複
数（図では６枚であるが限定されない。）の吸音材４０
が配置されている。吸音トラフ３９の吸音材４０と耐圧
殻３１と一致する面との間には平板状のハイドロフォン
取付台４２が設けられており、このハイドロフォン取付
台４２には複数（図では６個であるが限定されない。）
のハイドロフォン４３が所定の間隔で配置されている。
ハイドロフォン４３は図では６個だけ示されているが、
水の流れ方向に沿って一定の間隔を隔てて７個ずつ配置
されている（計４２個）。各計測トラフ４４，４５，４
６にはそれぞれ給水管５０及び排水管５１が接続されて
いる。

【００２３】このような音響回流水槽計測装置を組み立
てた後、計測胴内に供試体としての破線で示すプロペラ
５２と、船体の模型（プロペラが複数（２つ）ある場合
の船尾の一部）５３とを配置し、電動機４（図４参照）
を作動させるととともにプロペラ５２を図示しない回転
機構により回転させるとプロペラ５２から音波が発生す
る。プロペラ５２から発生した音波は計測胴３０を透過
して、計測胴３０の周囲に配置された各ハイドロフォン
４３に到達する。プロペラ５２で発生した音波がハイド
ロフォンアレイ４３ａ，４３ｂ，４３ｃの各ハイドロフ
ォン４３に到達するまでの時間には差があるので、その
差を位相差として各ハイドロフォン４３からの信号を重
ね合わせることにより指向性をもたせることができる。
ハイドロフォン４３は計測胴３０の周囲に配置されてお
り、船体の模型５３が配置されるので、実際の走行に近
い条件でプロペラ５２の音源を四方から立体的につきと
めることができる。

【００２４】他方、各ハイドロフォン４３の背後に伝搬
した音波は計測トラフ４４，４５，４６の吸音材４０に
吸収されるので、計測トラフ４４，４５，４６での反射
波がハイドロフォン４３に到達することがなく、高Ｓ／
Ｎ比が得られる。

【００２５】このように構成したことで、回流水槽の水
流中に置かれたプロペラ５２から発生する音を、背景雑
音から分離して高感度で計測し、かつ、音源の位置の解
析が容易に行える。また、計測トラフ４４，４５，４６
が複数（３個）に分解できるので、メンテナンスが容易
であり、分解した後は計測胴３０を従来と同様に使用す
ることができる。

【００２６】尚、本実施の形態では上部計測トラフ４４
と両下部計測トラフ４５，４６とを計測胴に装着した場
合について説明したが、上下いずれか一方だけでもよ
い。また、供試体として４枚羽のプロペラ５２を用いた
が、これに限定されるものではなく、３枚以下、５枚以
上のプロペラを用いてもよい。さらに、模型５３として
プロペラが複数（２つ）ある場合の船尾の一部を用いた
が、限定されるものではなくプロペラが１枚の場合の船
尾（略半円断面状）の一部を用いてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００２８】計測胴が音波を透過しやすい材質からな
り、計測胴の周囲に計測胴を取り囲むように吸音トラフ
を設けるとともに、計測胴と上記吸音トラフとの間に多
数のハイドロフォンを計測胴を取り囲むとともに水の流
れ方向に沿って所定の間隔で面状に配置したので、回流
水槽の水流中に置かれた種々の供試体から発生する音
を、背景雑音から分離して高感度で計測することがで
き、かつ、音源の位置の解析が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音響回流水槽計測装置の一実施の形態
を示す断面図である。

【図２】図１に示した音響回流水槽計測装置の拡散分解
図である。

【図３】図１に示した上部計測トラフの矢視断面図であ
る。

【図４】供試体の音を測定するための回流水槽の外観斜
視図である。

【図５】音響回流水槽計測装置の他の従来例の断面図で
ある。

【符号の説明】

３０ 計測胴 ３７，３８，３９ 吸音トラフ ４０ 吸音材 ４３ ハイドロフォン ５２ 供試体（プロペラ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平４−85145（ＪＰ，Ｕ) Ａｈｉｌｉｐ Ａ．Ａｂｂｏｔ，Ｓｔ ｅｐｈｅｎ Ａ．Ｃｅｌｕｚｚａ ａｎ ｄ Ｒｏｂｅｒｔ．Ｊ．Ｅｔｔｅｒ．, ＴＨＥ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＣＨＡＲＡ Ｃ ＴＥＲＩＳＴＩＣＳ ＯＦ ＴＨＥ ＮＡＶＡＬ ＳＵＲＦＡＣＥ ＷＡＲ ＦＡＲＥ ＣＥＮＴＥＲ’Ｓ ＬＡＲＧ Ｅ ＣＡＶＩＴＡＴＩＯＮ ＣＨＡＮＮ ＥＬ（ＬＣＣ），ＮＣＡ−Ｖｏｌ．15 ／ＦＥＤ−Ｖｏｌ．168，Ｆｌｏｗ Ｎ ｏｉｓｅ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，Ｍｅａｓ ｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏ ｌ ＡＳＭＥ 1993 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01M 10/00 G10K 11/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略環状に形成された空胴内に充満した水
   を循環させる回流水槽の計測胴内に供試体を配置し、そ
   の計測胴を音波を透過しやすい材質で構成し、計測胴の
   周囲に計測胴を取り囲むように吸音トラフを設け、上記
   計測胴と上記吸音トラフとの間に多数のハイドロフォン
   を上記計測胴を取り囲むとともに水の流れ方向に沿って
   所定の間隔で面状に配置して上記供試体から発生する音
   を計測する音響回流水槽計測装置において、吸音トラフ
   を、計測胴の上下面及び両側面をそれぞれ覆う箱状の筐
   体と、筐体内に水の流れ方向に沿うように所定の間隔で
   設けられた多孔性のゴムからなる複数の楔型の吸音材と
   で構成し、計測胴に着脱自在かつ内部を水で充満できる
   ようにしたことを特徴とする音響回流水槽計測装置。