JP3315685B2 - 風洞実験用の消音設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は風洞実験用の消音設
備に関する。さらに詳しくは、風洞実験設備において気
体の噴出に伴う騒音を吸音および共鳴によって低減する
ための消音設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、種々の分野において広い周波数帯
域の騒音を発生する設備がある。たとえば模型の被験体
を用いて風洞実験を行うための風洞実験設備である。

【０００３】図９に風洞実験設備の一例が示されてい
る。この風洞実験設備５１には圧縮空気を蓄える球形の
蓄圧タンク５２が備えられている。蓄圧タンク５２から
高圧空気が圧力調整弁５３ａを通して集合筒５３から高
速気流として可変ノズル５４に導かれる。可変ノズル５
４の吐出口には被験体がセットされる測定部５５が配設
されている。そして、高速気流は測定部５５から拡径通
路たるディフューザ５６を通して消音設備５７内に導か
れ、排出される。

【０００４】航空機等の風洞実験を必要とする研究開発
においては、より実機に近い現象を模擬することができ
る高レイノルズ数試験が要求される。そして、試験気流
の高圧化と設備の大型化が必要となる。また、一般に吹
き出し式の風洞において発生する騒音は、数ヘルツ程度
の超低周波域から可聴域全域にわたってほぼフラットな
音響出力特性を持っていることが知られている。したが
って、実機に近い条件で高レイノルズ数試験を達成する
風洞では、大流量、大圧力比、大口径となるため、騒音
も全周波数帯域での音響出力の増大と低周波数化を避け
ることができない。

【０００５】そこで、風洞実験設備に併設される消音設
備も大型化し、また、低周波騒音を消去するための共鳴
式消音と、より高い周波数の騒音、すなわち可聴域の騒
音を消去するための吸音式消音とが併用される。

【０００６】図１０に示すのは米国の当時の全国航空諮
問委員会（ＮＡＣＡ）が１９５５年に発行した TECHNIC
AL NOTE 3378に開示されている消音設備である。この消
音設備６１はディフューザ６２に沿ってその周囲に共鳴
室６３ａが複数室配設され、ディフューザ６２の下流に
も流路６４に沿って共鳴室６３ｂが複数室配設されてい
る。流路６４のさらに下流には吸音手段たるスプリッタ
６５が配設されている。なお、図中の符号６６は流路６
４と共鳴室６３ａ、６３ｂとを連通する開口である。

【０００７】上記共鳴室６３ａ、６３ｂは共鳴によって
減音するためのものである。具体的には、共鳴室におけ
る共振によって位相がずれた音波を干渉させて減音する
というのが一般的な考え方である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記消音設備において
も、その共鳴室６３ａ、６３ｂはある程度の減音効果を
発揮している。しかしながら、一般に通路を流れる気流
によってこの減音程度が劣化すると言われている。

【０００９】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、気流による共鳴室の減音の劣化を効果
的に防止し、全体としての減音効果が向上した消音設備
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の風洞実験用の消
音設備は、外部から仕切壁によって画された噴出気流用
の通路と、仕切壁の外方に配設された、通路と連通する
ための開口を有する共鳴室と、仕切壁から上記開口の実
質半径以上の間隔をおき、且つ、仕切壁に沿って配設さ
れた防風板とを備えており、該防風板が、音波の透過を
許し且つ空気流の通過を抑制するように構成されてい
る。

【００１１】上記共鳴室は容積を持った画室であり、こ
の共鳴室に上記開口が形成されることによって共鳴型消
音装置が構成される。そして、この共鳴型消音装置によ
る共鳴現象によって通路内の騒音を減音するのである。

【００１２】さらに、防風板が設置されていることによ
り、防風板と仕切板との間においては気流の影響がほと
んどない。したがって、共鳴室の共鳴による振動に伴う
運動エネルギ（いわば音響エネルギ）が、上記気流によ
っては損失を被ることがない。その結果、気流による共
鳴室の減音効果の劣化が防止される。

【００１３】そして、上記仕切壁と防風板との間隔が、
上記開口の実質半径以上に設定されているで、減音効果
の劣化の防止が達成されるとともに気流の通路の実質的
断面積の減少を最小限に抑えることができる。

【００１４】本発明の他の消音設備は、 外部から仕切壁
によって画された噴出気流用の通路と、 仕切壁の外方に
配設された、通路と連通するための開口を有する共鳴室
と、 仕切壁から間隔をおき、且つ、仕切壁に沿って配設
された防風板とを備えており、 この防風板が、多数の孔
が形成された多孔板から構成されており、上記孔による
防風板の開口率が２０％以上にされている。したがっ
て、共鳴室によって減音しようとする低周波域音波を効
果的に共鳴室に導入することができる。また、前述した
ように、防風板と仕切板との間における気流の影響が防
止され、共鳴室の共鳴による振動に伴う運動エネルギ
が、上記気流によっては損失を被ることがない。その結
果、気流による共鳴室の減音効果の劣化が防止される。

【００１５】さらに、上記開口に消音器を配設すること
により、共鳴室内に可聴域の音波が進入することを効果
的に抑制することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ本発
明の消音設備の実施形態を説明する。

【００１７】図１は本発明の消音設備の一実施形態を示
す側面断面図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面を
示す、いわば一階部分の平面断面図である。

【００１８】図１、２に示す消音設備１は、図示しない
風洞実験設備からの高速気流を噴出するディフューザ２
の下流側に配設されている。ディフューザ２の出口端は
消音設備内に挿入された状態にされている。ディフュー
ザ２からの噴出気流のための流路は仕切壁３によって外
部から画された通路４から構成されている。そして、こ
の通路４内には気流の流れ方向に沿って、騒音を吸収す
るためのスプリッタ５が配設されている。

【００１９】図１、２に示すように、通路４の両側方
（図２参照）および上方（図１参照）に共鳴室６が複数
個配設されている。各共鳴室６は仕切壁３によって通路
４とは隔てられているが、その仕切壁３には共鳴室６と
通路４とを連通する複数個の開口７が穿設されている。
この共鳴室６と開口７とから共鳴型消音装置が構成され
る。ディフューザ２から放出される風洞発生騒音は通路
内を進行するにともなって各共鳴型消音装置によって減
音される。

【００２０】もちろん、通路４の下方、つまり床下にも
共鳴型消音装置を設けてもよい。

【００２１】複数個の共鳴室６はそれぞれ容積が異なっ
ている。これは共鳴周波数を変えて広い周波数帯域の低
周波騒音に対応するためである。

【００２２】図３も併せて参照すれば明らかなように、
通路４を形成する仕切壁３の通路側の全面に沿って防風
板８が配設されている。この防風板８は図３に示すよう
に、仕切壁３の面から若干距離だけ離間した位置に壁面
にほぼ平行して配設されている。仕切壁３の上記開口７
も防風板８によって通路４から隔てられている。

【００２３】しかし、防風板８は音波透過性を有するの
で低周波騒音は防風板８を通過して開口７から共鳴室６
内に進入する。この防風板８はパンチングメタルやグレ
ーティングメタル等の多孔板から形成されているからで
ある。したがって、この防風板８には特段の吸音機能を
付与していない。しかし、通路４を流れる気流はこの防
風板８によって仕切壁側には影響を及ぼさない。すなわ
ち、防風板８と仕切壁３との間の空間にはほとんど気流
が侵入しない。もちろん防風板は、仕切壁側に気流が流
れることを防止する機能を有しておれば、とくに吸音機
能を具備するか否かは問題ではない。

【００２４】かかる構成により、共鳴室６の空気振動エ
ネルギの損失が防止され、その結果、共鳴室の減音効果
の劣化が防止される。この理由は以下のとおりである。

【００２５】図４に共鳴室をモデル化したものが示され
ている。共鳴室６において通路側を伝播する音波によっ
て起こる共鳴は開口７部分の空気の振動による。あたか
も、共鳴室６の空気を圧縮膨張するばねとし、開口７部
分の空気を質点とした振動のごとくである。共鳴時に振
動する開口７部分の空気の質量ｍは、空気の密度をρと
し、開口７の面積をＡとし、開口７の長さ（仕切壁の厚
さ）をＬとした場合、次の式で得られる。

【００２６】ｍ ＝ ρ×Ａ×Ｌ ＋ ｄｍ で示される。

【００２７】ここで、ｄｍは振動に伴う開口７部分の空
気のピストン運動による付加質量である。この部分は一
般に開口７の断面の等価半径Ｒを半径とした半球部分で
あると考えられる。

【００２８】仮に防風板８を設置せず、仕切壁３の通路
側を気流が流れるとすると、図４（ａ）中にハッチング
で示した部分は気流によって流され、それによって振動
エネルギは損失を被ることになる。その結果、通路側を
伝播する音波と位相ズレによって減音するためのエネル
ギが低減され、減音効果も低減されてしまう。これが前
述した気流に伴う減音効果の劣化である。

【００２９】しかし、前述のとおり、防風板８の設置に
よって仕切壁３との間の空間にはほとんど仕切板３に沿
って流れる気流が侵入しない。したがって、上記付加質
量の移動もなく（図４（ｂ）参照）、振動エネルギは損
失を被ることがない。すなわち、減音効果の劣化が防止
される。

【００３０】また、仕切壁３と防風板８との間隔Ｄ（図
４（ｂ）参照）は、少なくとも上記開口７の半径Ｒ以上
が必要である。上記付加質量ｄｍに気流の影響を及ぼさ
ないようにするためである。しかし、この間隔をあまり
大きくすると気流の通路４の断面積が減少するため、極
力小さくするのが好ましい。

【００３１】図５〜図７は上記防風板８を設置した消音
設備と設置しない消音設備との実験結果を示している。
この実験は実物の１／３０の縮小模型を用い、条件を相
似的に縮小して行ったものである。したがって、図５〜
図７中の減音量のピークは周波数で１００Ｈｚ程度のと
ころであるが、これは実際の設備では３．３Ｈｚ程度に
相当するものである。

【００３２】図５は気流の速度（風速）が１０ｍ／ｓの
場合、図６は風速が２０ｍ／ｓの場合、図７は風速が３
０ｍ／ｓの場合を示しており、各図ともに、防風板８を
設置した場合を○で示し、防風板８を設置しない場合を
×で示している。

【００３３】このように、防風板を設置していない場合
は設置している場合に較べ、気流が生じ、また、この気
流の速度が大きくなるにつれて減音量の低下が目立つ。

【００３４】以上の作用を奏させるために防風板８は、
仕切壁３との間の空間に仕切壁３に沿って流れる気流の
発生を防止し、且つ、仕切壁３の開口７に向かう気流か
らの低周波の透過を許すものであればよい。そのために
は防風板８は多数の孔が形成され、この多数の孔による
防風板８の開口率が２０％以上にされておればよい。そ
の例がパンチングメタルやグレーティングメタル等の多
孔板である。もちろんその他の公知のものを用いてもよ
い。

【００３５】図８に示すように、各開口７の共鳴室６の
側には他の消音器９が配設されている。この消音器９は
開口７の形状にほぼ一致した流路断面を持っている。消
音器９を配設することにより、上記壁面の防風板８の作
用に加えてさらに共鳴室６に進入する可聴域の音波が低
減される。その結果、共鳴室内の可聴域の騒音レベルは
低下し、共鳴室の外部との隔壁の透過損失を小さくする
ことができ、外部との隔壁を薄くすることができる。

【００３６】なお、上記防風板８を配設することによっ
ても共鳴型消音装置の機能が影響を受けないことは模型
実験によって証明されている。

【００３７】図８に示すように、開口７部の消音器９
は、開口７における仕切壁３の共鳴室６側の面に取り付
けられている。こうすることにより、消音器９を開口内
に挿入した形で取り付けるのに較べて共鳴型消音装置の
機能が影響を受けない。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、簡易な構成によって気
流による共鳴室の減音効果の劣化を防止し、消音設備全
体としての減音効果が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の消音設備の一実施形態を示す側面断面
図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面を示す平面断面図であ
る。

【図３】図３（ａ）は図２の要部拡大図である。

【図４】減音効果の劣化を説明する共鳴室の要部断面図
であり、図４（ａ）は防風板が設置されていない比較例
を示し、図４（ｂ）は防風板が設置されている実施例を
示す。

【図５】図４の実施例と比較例との実験結果を示すグラ
フである。

【図６】図４の実施例と比較例との実験結果を示すグラ
フである。

【図７】図４の実施例と比較例との実験結果を示すグラ
フである。

【図８】本発明の消音設備の他の実施形態における仕切
壁の開口部分を示す、要部断面図である。

【図９】消音設備が配設される風洞実験設備の一例を示
す概略図である。

【図１０】従来の消音設備の一例を示す平面断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・・消音設備 ２・・・・ディフューザ ３・・・・仕切壁 ４・・・・通路 ５・・・・スプリッタ ６・・・・共鳴室 ７・・・・開口 ８・・・・防風板 ９・・・・消音器

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から仕切壁によって画された噴出気
   流用の通路と、 仕切壁の外方に配設された、通路と連通するための開口
   を有する共鳴室と、 仕切壁から上記開口の実質半径以上の間隔をおき、且
   つ、仕切壁に沿って配設された防風板とを備えており、 該防風板が、音波の透過を許し且つ空気流の通過を抑制
   するように構成されてなる風洞実験用の消音設備。
2. 【請求項２】 外部から仕切壁によって画された噴出気
   流用の通路と、 仕切壁の外方に配設された、通路と連通するための開口
   を有する共鳴室と、 仕切壁から間隔をおき、且つ、仕切壁に沿って配設され
   た防風板とを備えており、 該防風板が、多数の孔が形成された多孔板から構成され
   ており、上記孔による防風板の開口率が２０％以上に さ
   れてなる風洞実験用の消音設備。
3. 【請求項３】 上記防風板が、多数の孔が形成された多
   孔板から構成されており、上記孔による防風板の開口率
   が２０％以上にされてなる請求項１記載の風洞実験用の
   消音設備。
4. 【請求項４】 上記開口に消音器が配設されてなる請求
   項１記載の風洞実験用の消音設備。