JP5258776B2 - 航空機エアパイプライン、特に航空機空調システム用音波吸収装置 - Google Patents

Description

（関連出願）
本出願は、２００６年１０月２７日付けドイツ特許出願第１０ ２００６ ０５０ ８６９．６号及び２００６年１０月２７日付け米国特許仮出願第６０／８６３１９５号の優先権を主張し、該開示内容は本願明細書に援用するものとする。

（技術分野）
本発明は航空機エアパイプライン用の音波吸収装置に関し、該音波吸収装置は、各内壁を音波吸収材料で被覆した少なくとも一つの屈曲パイプ部を含み、屈曲パイプ部内では少なくとも一つのエア誘導手段が流動を最適化するよう構成される。

航空機構造に用いられるエアパイプラインには、防音及び流体力学に関して特に厳しい規制が求められる。同時に、航空機におけるエアパイプラインは、例えば空調エアの移送に必用なエネルギーを最小限に抑えるため、可能な限り流動損失の低い形状にすべきである。航空機内のスペースが制限される結果として、エアパイプラインはかなりの数の屈曲パイプ部を含むことになる。こうした場所において好適には分散音波吸収体が用いられるのは、これらは当該状況においては特に効率的だからである。さらに、エアフロー方向が変化すると乱流が発生し、これは何よりも空気の流速を低下させる。

分散音波吸収体の目的に対しては、通常、エアパイプラインの屈曲パイプ部は音波吸収材料を含む、すなわち内側をこれで覆う。さらに、パイプ部が特に大きく屈曲する場合には、効率を低下する効果を有する気流の乱流が発生し、エア誘導手段は当該乱流からの反作用を受ける。

しかしながら、エア誘導手段と屈曲パイプ内音波吸収被覆との組み合わせは、音波吸収の効率に逆効果となりうる。この理由は、例えば、屈曲パイプ部内のエア誘導手段として互いに平行関係に配置した２つのエアバッフルでは、個々に考えれば音波吸収材料で十分には被覆されない、３つの分離した通路区分ができるからである。とりわけ、ある距離で互いに配置される２つのエアバッフルにより形成される中間ダクトは、この際には防音されない。

屈曲パイプ内に必用とされるエア誘導手段が多くとも一つであるように、屈曲パイプの曲げ半径を増すことにより、この問題への対処がすでに試みられてきた。しかしながら、この方策では航空機内により多くの架設スペースを要し、この設計スペースは再び高コストとなる。さらに、エア誘導手段を音響セパレータの形態で設計する試みがすでに行われてきた。音響セパレータとは翼の形状を含む空気力学的形状のエア誘導手段であり、当該セパレータの内面は音波吸収材料の充填を含む。音波吸収材料への接続は、約２０％穿孔度の従来の穿孔（パーフォレーション）によって確保される。「穿孔度」という用語は、穿孔が占める表面領域を指す。音響セパレータ自体は音波吸収装置として動作するが、音響セパレータの厚さゆえに屈曲パイプ部内部に大きな対応スペースが必要となり、今度は圧力低下という不利益が増すことになる。さらに、１０％を超える穿孔度はそれ自体で音源を形成する場合があることが分かってきた。

従って、航空機エアパイプラインの屈曲パイプ部に、それ自体が際だって高効率である一方、同時に必要な架設スペースを最小限とする、音波吸収装置を創出することに需要がある。

この需要は、請求項１の冒頭に係る音波吸収装置を、その特性を記述している特徴と一致させることにより満たすことができる。後続する従属請求項は、本発明の有益な拡充を示している。

本発明は、音波吸収をさらに負荷中立的とするために、屈曲パイプ部内に構成されるエア誘導手段が少なくとも一側面上に微小穿孔（ｍｉｃｒｏｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ）を含むという技術的教示を含む。

本発明に係る解決法は、微小穿孔のおかげで、気流がエア誘導手段に沿って移動するときに、エア誘導手段がノイズ源とならないように、又は顕著な圧力低下の危険が発生しないように、当該気流中にごくわずかの乱流しか発生しないという点で、特に有益である。加えて、本発明に係る微小穿孔されたエア誘導手段の空気力学的挙動は、穿孔のない従来のエア誘導手段のものと同様である。すなわち、本発明に係る解決法は、一方では従来のエア誘導手段の空気力学的な利点と、他方では最適な音波吸収とを組み合わせている。本発明に係る音波吸収の解決法の吸収係数は、微小穿孔のサイズ及び／又は開口距離を変化させることにより、必要な周波数に設定することができる。エア誘導手段の微小穿孔の発明に係る方策は、従来の解決法と比較して、従量及びスペースへの影響がない。

エア誘導手段は様々なデザインでありうる。例えば、少なくとも一つのエアバッフルの様式、又は音響セパレータの様式で、これを設計することも想像できる。前者の場合においては、微小穿孔はエアバッフルの厚さ全体を貫通する。音響セパレータの場合には、当該セパレータの中心吸収コアを包囲する金属シート５筐体は、音響セパレータ内側又は外側の領域に微小穿孔を含む。本文書の文脈において、「内側」という用語は音響セパレータの内側の屈曲した表面を指し、「外側：という用語は音響セパレータの外側の屈曲した表面を指す。

音響セパレータに関して本発明を拡充するさらなる方策に係り、金属シート筐体の微小穿孔のない内側又は微小穿孔のない外側は、少なくとも２０％穿孔度の従来の穿孔を含む。特に、屈曲パイプ部の曲率半径がより大きな場合、この方策を用いて、音波吸収及びフロー誘導の観点から結果を最適化することが可能である。さらなる試行により、本発明に係る解決法は毎秒５ｍを超える流速の場合に特に成功することが分かった。

本発明に係る微小穿孔は、好適には個々が直径１ｍｍ未満の円形又は楕円形の開口により実装される。すなわち、この微小穿孔は、個々の開口の直径が２ｍｍを超える従来の穿孔とは区別される。さらに、本発明に係る微小穿孔を用いることで、全表面に対する穿孔度は５％未満となる。

本発明の好適な例示的実施例の記載に合わせ、本発明のさらなる方策を以下に詳細に示す。

第１の実施形態におけるエア誘導手段を有する屈曲パイプの水平面図である。 第２の実施形態におけるエア誘導手段を有する屈曲パイプの水平面図である。

図１のように、空調エアは、矢印で示す方向に、航空機エアパイプライン（図示せず）の屈曲パイプ部１を通じて流れる。パイプ部内壁は音波吸収材料２で覆われ、すなわち被覆され、図示の実施形態ではこれはグラスウール製である。屈曲パイプ部１の内部では、２つのエアバッフル４ａ及び４ｂが流路と平行に配列されて架設される。各エアバッフル４ａ及び４ｂは、厚さ全体にわたって、音波吸収目的の貫通した微小穿孔を含む。

図２のように、音波吸収材料２を並べた同様の屈曲パイプ１’の内側に、エア誘導手段としての音響セパレータ５が配列される。音響セパレータ５は翼のような様式で形成され、音波吸収材料でできた内部吸収コア６を含み、この内部吸収コア６は金属シート筐体７で包囲される。金属シート筐体７は、音響セパレータ５の２つの側面３ａ及び３ｂを形成し、これらの側面３ａ及び３ｂは互いにほぼ対向する。この実施形態において、音響セパレータの内側は微小穿孔を含む一方、外側３ａは通常の穿孔を含む。

本発明は前記記載の２つの好適な例示的実施形態に限定するものではない。これらに替わり、本発明の後述する特許請求の範囲が想定する変形を想像することができる。例えば、空気力学的又は音波関連の理由から好適であるならば、屈曲パイプ部に音響セパレータとエアバッフルを共にを付随させることが可能である。本発明は空調システムのエアパイプラインだけでなく、タービンの入口ダクト又は出口ダクト、あるいは同様のものに適用できる。

１ 屈曲パイプ部
２ 音波吸収材料
３ 側面
４ フロー方向
５ 音響セパレータ
６ 中心吸収コア

Claims (5)

1. 航空機のエアパイプライン用の音波吸収装置であって、前記音波吸収装置は、それぞれの内壁を音波吸収材料（２）で被覆した少なくとも一つの屈曲パイプ部（１；１’）を含み、前記屈曲パイプ部（１；１’）内では少なくとも一つのエア誘導部が流動を最適化するように配置され、
   前記エア誘導部は、音響セパレータの様式に設計され、前記音響セパレータは、中心吸収コア及び前記中心吸収コアを包囲する金属シート筐体を有し、
   前記金属シート筐体は、内側表面又は外側表面の領域に微小穿孔（ｍｉｃｒｏｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ）を備える一方、前記微小穿孔が穿孔されていない内側表面又は外側表面に少なくとも２０％穿孔度の通常の穿孔を備える、音波吸収装置。
2. 前記音波吸収材料（２）は、グラスウール、鉱物ウール又は穴あき発泡体を含む、請求項１に記載の音波吸収装置。
3. 前記微小穿孔は、直径１ｍｍ未満の個別開口を含む、請求項１に記載の音波吸収装置。
4. 前記微小穿孔の穿孔度は、５％未満である、請求項１に記載の音波吸収装置。
5. 通常動作期間に、前記屈曲パイプ部（１；１’）中の流速は、毎秒５ｍを超える、請求項１に記載の音波吸収装置。

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