JP6208754B2 - 共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクト - Google Patents

Description

本発明は、船舶プロペラ用防音ダクトに関し、船舶のプロペラに共鳴筒を用いた防音ダクトを被せることによって、プロペラで発生する多様な周波数帯の水中騒音を遮断できる共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクトに関する。

一般に、船舶の推進装置は、エンジンと連結された推進軸が船体の後尾から突出し、推進軸の端部に設置されたプロペラを回転させることによって推進力を得る。ここで、プロペラが流体中で回転することによって流体の吸入面と流体の放出面との間に圧力差が発生し、これによって、各羽根に揚力が発生する。このようにプロペラで発生した揚力は、船舶の推進力として作用するようになる。

上述した船舶の推進原理により、船舶のエンジンとプロペラでは水中騒音が発生するようになる。特に、水中騒音の場合は、空気中での騒音に比べてその伝達力と伝達速度が数倍以上高いので、海洋生態系に及ぼす影響が大きい。したがって、各船舶の水中騒音は、各船舶が行き来する海路の海洋生態系に悪影響を与え、漁民等の水産養殖業において妨害要因となるので、水中騒音を減少させるための努力が必要である。

近来、船舶の内部で発生するエンジン騒音は、船舶の内部に防音装置を設置することによって減少させているが、船舶の外部から発生するプロペラ騒音に対しては未だに特別な対策がない実情にある。特に、高速で運行する船舶や潜水艦の場合は、主な騒音源がプロペラ騒音である上に、国際的には水中騒音を規制するための方案が設けられており、プロペラ騒音を減少させるための方法がさらに切実に要求されている。

本発明は、前記のような問題を解決するためのものであって、船舶のプロペラに共鳴筒を用いた防音ダクトを被せることによって、プロペラで発生する多様な周波数帯の水中騒音を遮断できる共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクトを提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するための本発明の実施例に係る共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクトは、船舶の側面部や後尾に構成されたプロペラの周囲を取り囲むように円筒状に形成され、前記プロペラの回転による流体の流れ方向を案内し、内部面には共鳴周波数を減殺させる複数の共鳴筒がｎ×ｍ（ここで、ｎとｍは、それぞれ０を除いた自然数）の形態で配列され、前記プロペラの回転時に発生する音響波を減殺させることを特徴とする。

前記ｎ×ｍの形態で配列された複数の共鳴筒は、それぞれの入口が中心部に向かうように前記防音ダクトの内部面に円筒状に配列され、前記プロペラの中心軸が前記円筒状の直径中心部に位置することによって、前記複数の共鳴筒が前記プロペラの各電流固定羽根を円筒状に取り囲むように配置されたことを特徴とする。

前記複数の共鳴筒のそれぞれは、遮断しようとする音響周波数帯に応じて入口面積が互いに同一にまたは異なる形にそれぞれ形成され、互いに同一または異なる共鳴周波数の各音響波をそれぞれ減殺させることを特徴とする。

前記複数の共鳴筒のそれぞれは、遮断しようとする音響周波数帯に応じて、入口面積の他にも、内部体積または入口長さが互いに同一にまたは異なる形にそれぞれ形成され、互いに同一または異なる共鳴周波数の各音響波をそれぞれ減殺させることを特徴とする。

前記それぞれの共鳴筒は、プラスチックやゴムまたは金属材質でそれぞれ形成され、ゴム材質の平面状のパネルに付着及び配列された後で巻かれることによって円筒状に形成されたり、または、軟性プラスチックやゴムまたは金属材質で射出成形され、互いに一体化された平面状に形成された後で巻かれることによって円筒状に形成されたことを特徴とする。

前記プロペラは、前記円筒状の防音ダクトの内部のうち最も前側に位置したり、前記円筒状の防音ダクトの内部中間に位置したり、前記円筒状の防音ダクトの内部のうち最も前側と中間との間のいずれか一ヶ所に位置することを特徴とする。

前記のような多様な技術的特徴を有する本発明の共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクトは、船舶のプロペラに共鳴筒を用いた防音ダクトを被せることによって、圧力ダクトの効果を適用すると同時に、プロペラで発生する多様な周波数帯の水中騒音を遮断することができる。

特に、船舶のサイズや種類に応じて水中で発生する騒音の周波数帯が互いに異なるので、船舶の種類やサイズに応じて防音ダクトをより容易に且つ選択的に適用することができる。

船舶のプロペラで発生する水中騒音を減少させる場合、水中生態系を保護することができ、軍事的には船舶の被探知可能性を減少させることもできる。

本発明の実施例に係る船舶プロペラ用防音ダクトの装着状態を示した図である。 図１に示した防音ダクトの長さ方向であるＩ―Ｉ'方向に沿った断面図である。 図１に示した防音ダクトの直径方向である幅方向に沿った断面図である。 共鳴筒の共鳴周波数を決定する要因を説明するための図である。 図１〜図３に示した防音ダクトの各共鳴筒の一部を示した斜視図である。 図１〜図３に示した円筒状の防音ダクトの内部面を平面状に示した図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例に係る共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクトを具体的に説明する。

図１は、本発明の実施例に係る船舶プロペラ用防音ダクトの装着状態を示した図である。そして、図２は、図１に示した防音ダクトの長さ方向であるＩ―Ｉ'方向に沿った断面図で、図３は、図１に示した防音ダクトの直径方向である幅方向に沿った断面図である。

図１〜図３に示したように、船舶の側面部や後尾には、船舶を推進させる推進体、すなわち、プロペラ９が形成される。

プロペラ９は、機関の駆動力を伝達する推進軸系によって回転可能に設置され、プロペラ９の中心軸には、複数の電流固定羽根が放射状に離隔して形成される。これによって、プロペラ９の軸方向に流体が流れるようになり、船舶は、プロペラ９で発生した揚力で推進力を得るようになる。

船舶プロペラ用防音ダクト２は、船舶の側面部や後尾に構成されたプロペラ９の外側、すなわち、各電流固定羽根の周囲を取り囲むように円筒状に形成され、プロペラ９の回転による流体の流れ方向を案内する。このような円筒状の防音ダクト２の内部面には、各共鳴周波数を減殺させる複数の共鳴筒４がｎ×ｍ（ここで、ｎとｍは、それぞれ０を除いた自然数）の形態で配列され、これら複数の共鳴筒４は、プロペラ９の回転時に発生する音響波を減殺させる。

ｎ×ｍの形態で配列された複数の共鳴筒４は、円筒状の防音ダクト２の内部面にそれら各入口が中心に向かうようにそれぞれ配列される。このとき、プロペラ９の中心軸が円筒状の防音ダクト２の直径中心部に位置することによって、複数の共鳴筒４は、円筒状にプロペラ９の各電流固定羽根を取り囲むように配置される。

円筒状の防音ダクト２は、プロペラ９が円筒の内部に位置するるように船舶のいずれか一つの外壁に固定され、円筒の内部のうち前部分にプロペラ９が位置するように固定され得る。これは、プロペラ９で発生する音響波が円筒状の防音ダクト２の内部を最大限長く通過するように、すなわち、円筒状に固定配置された複数の共鳴筒４を最大限長く且つ長い間通過するようにし、プロペラ９で発生する音響波を最大限減殺させるためである。

より具体的に説明すると、全ての音響波が共鳴筒４の周囲を通過する場合、共鳴振動数付近の周波数を有する音響波は共鳴筒４を通過しない。これは、音響波が通過する経路に共鳴筒４を一列に配列すると、共鳴筒４を通過しながら音響波長の透過率が急激に低下するためである。これによって、多様な周波数帯の音響波が一列に配置された複数の共鳴筒４を通過すると、特定周波数で音響波が減殺されるが、この周波数が共鳴周波数である。このとき、多様な周波数帯の音響波が複数の共鳴筒４を通過する場合、通過する通路が狭いと、共鳴筒４を少数の列のみに配列しても音響波の減殺効果を見ることができる。しかし、船舶に用いられる大型プロペラ９を取り囲まなければならない程度に音の通路が広いと、図３に示したように、共鳴筒４を複数の列に丸く且つ円筒状に配列しなければならない。その結果、プロペラ９で発生する音響波の周波数帯に共鳴する共鳴筒４をプロペラ９の周囲に円筒状に配置すると、プロペラ９で発生する音響波の共鳴周波数に該当する音波を遮断することができる。

図４は、共鳴筒の共鳴周波数を決定する要因を説明するための図で、図５は、図１〜図３に示した防音ダクトの各共鳴筒の一部を示した斜視図である。

図４を参照すると、各共鳴筒４の共鳴周波数は、共鳴筒４の入口面積Ｓ、入口の長さＬ（スロートの長さあるいは厚さ）及び共鳴筒４の内部体積Ｖによってそれぞれ決定することができる。したがって、まず、防音ダクト２を装着するための船舶のプロペラ９で生成される音響波の周波数を確認し、遮断しようとする各共鳴周波数を次の数式１を用いて求めることができる。

ここで、ｆ_０は、共鳴周波数を示し、ｖは、流体での音速として約１５００ｍ／ｓｅｃを示し、Ｓは、入口の面積を示し、Ｖは、内部の体積を示し、Ｌ'は、有効スロートの長さとして、概してスロートの長さと入口の半径とを加算した値を示す。

ただし、共鳴筒４の入口を円形でない三角や四角などの多角形状に形成する場合は、有効半径ｒを数式２を用いて求める。

上述したように、必要に応じて、前記数式１と数式２を用いて遮断しようとする各音響周波数、すなわち、各共鳴周波数に該当する各共鳴筒４を製作することができる。ここで、複数の共鳴筒４は、前記数式１と数式２を始めとする下記の数式３による特定周波数の各音響波を遮断するようになる。

ここで、ｆ_０は、数式１による共鳴周波数を示し、ｆ_ｄは、回折による周波数を示す。したがって、共鳴が発生すると、ｆ_０による周波数から大きい周波数の方向に遮断するようになる。音波の波長がプロペラ回転方向の防音ダクトの入口直径より大きいと、回折による防音効果が起こる。回折波長に該当する回折周波数ｆ_ｄは、（水中音速）／（防音ダクトの内部直径）と定めることができる。

図４に示したように、共鳴周波数を決定する要因の一つである入口面積Ｓをそれぞれ同一にまたは異なる形に設定し、複数の共鳴筒４を製作することができる。すなわち、遮断しようとする音響周波数が２つの周波数帯以上であると、各共鳴筒４も入口面積Ｓを異ならせて２つ以上に製作すればよいが、ｎ×ｍの形態で配列された各共鳴筒４の入口面積Ｓを、遮断しようとする音響周波数帯に応じてそれぞれ異なる形に形成すると、より多様な周波数帯の各音響波を遮断することができる。

一方、図面には示していないが、各共鳴筒４の入口面積Ｓのみならず、内部体積Ｖや入口長さＬを、遮断しようとする音響波の周波数帯に応じて互いに同一にまたは異なる形にそれぞれ形成し、多様な周波数帯の各音響波を遮断することもできる。

図６は、図１〜図３に示した円筒状の防音ダクトの内部面を平面状に示した図である。

図６に示したように、各共鳴筒４の入口面積Ｓを、遮断しようとする音響周波数帯に応じてそれぞれ異なる形に形成して平面状に配列することによって、防音ダクト２を設計することができる。防音ダクト２の長さが長いほど、遮断する音響周波数帯を広げることができるが、特に、防音ダクト２の長さがプロペラ９の直径より長いとき、音響周波数の遮断効果が大きくなる。

それぞれの共鳴筒４は、プラスチックやゴムまたは金属材質などでそれぞれ形成され得るが、このようなそれぞれの共鳴筒４がゴムなどの平面状のパネルに付着及び配列された後で円筒状に巻かれることによって、円筒状の防音ダクト２を形成することができる。

一方、それぞれの共鳴筒４は、軟性プラスチックやゴムまたは金属材質で一体化されて平面状に形成され得る。この場合、射出成形工程で各共鳴筒４が一体化された平面状の防音ダクト２を形成するようになり、このようにｎ×ｍの形態で複数の共鳴筒４が配列された防音ダクト２が円筒状に巻かれることによって、円筒状の防音ダクト２を形成するようになる。

上述したように、防音ダクト２は、プロペラ９がその内部に位置するように船舶のいずれか一つの外周面に固定されるが、その内部のうち前部分にプロペラ９が位置すると、防音効果が大きくなり、プロペラ９が防音ダクト２の中央に近いほど、圧力ダクトの効果が大きくなる。したがって、プロペラ９は、船舶のサイズや構造及び用途に応じて適当な位置に固定されるように装着することが好ましい。

一方、以上で説明した本発明は、上述した実施例及び添付の図面に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明が属する技術分野で従来の知識を有する者にとって明白であろう。

Claims (7)

1. 船舶の側面部や後尾に構成されたプロペラの周囲を取り囲むように円筒状に形成され、前記プロペラの回転による流体の流れ方向を案内し、
   内部面には、共鳴周波数を減殺させる複数の共鳴筒がｎ×ｍ（ここで、ｎとｍは、それぞれ０を除いた自然数）の形態で配列されて、前記プロペラの回転時に発生する音響波を減殺させ、
   前記共鳴周波数は、以下の数式１から計算され得、
   
   （ｆ ₀ は、共鳴周波数、ｖは、流体での音速、Ｓは、前記共鳴筒のそれぞれの入口面積、Ｖは、前記共鳴筒のそれぞれの内部体積、Ｌ’は、前記共鳴筒のそれぞれの首部の有効長さ）
   防音ダクトの長さは、前記プロペラの直径より長いことを特徴とする共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクト。
2. 前記ｎ×ｍの形態で配列された複数の共鳴筒は、
   それぞれの入口が中心部に向かうように前記防音ダクトの内部面に円筒状に配列され、前記プロペラの中心軸が前記円筒状の直径中心部に位置することによって、前記複数の共鳴筒が前記プロペラの各電流固定羽根を円筒状に取り囲むように配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクト。
3. 前記複数の共鳴筒のそれぞれは、
   遮断しようとする音響周波数帯に応じて入口面積が互いに同一にまたは異なる形にそれぞれ形成され、互いに同一または異なる共鳴周波数の各音響波をそれぞれ減殺させることを特徴とする、請求項２に記載の共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクト。
4. 前記複数の共鳴筒のそれぞれは、
   遮断しようとする音響周波数帯に応じて、入口面積の他にも、内部体積または入口長さが互いに同一にまたは異なる形にそれぞれ形成され、互いに同一または異なる共鳴周波数の各音響波をそれぞれ減殺させることを特徴とする、請求項３に記載の共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクト。
5. 前記それぞれの共鳴筒は、
   プラスチックやゴムまたは金属材質でそれぞれ形成され、ゴム材質の平面状のパネルに付着及び配列された後で巻かれることによって、円筒状に形成されたことを特徴とする、請求項４に記載の共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクト。
6. 前記それぞれの共鳴筒は、
   軟性プラスチックやゴムまたは金属材質で射出成形され、互いに一体化された平面状に形成れた後で巻かれることによって、円筒状に形成されたことを特徴とする、請求項４に記載の共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクト。
7. 前記プロペラは、
   前記円筒状の防音ダクトの内部のうち最も前側に位置したり、前記円筒状の防音ダクトの内部中間に位置したり、前記円筒状の防音ダクトの内部のうち最も前側と中間との間のいずれか一ヶ所に位置することを特徴とする、請求項４に記載の共鳴筒を用いた船舶プロペラ用防音ダクト。