JP7130064B2 - 航空機の騒音緩和システムおよび方法 - Google Patents

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Description

関連出願への相互参照
［０００１］この出願は、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１８年６月１日に出願された米国仮出願第６２／６７９，４１１号の利益を主張するものである。
［０００２］本発明は一般に航空機分野に関し、より具体的には、航空機分野における騒音緩和のための新規で有用なシステムおよび方法に関する。
［０００３］航空機は本質的に可聴ノイズを生成する。特に回転翼航空機、およびその他のプロペラまたはロータ駆動の航空機や、回転空力アクチュエータによって駆動される航空機は、かなりの量の音響ノイズを出す場合がある。そのような航空機は典型的に、回転周波数、ブレード通過周波数（ＢＰＦ）、およびそれらの高調波で可聴音響シグネチャを生成し得る少なくとも１つのプロペラ（またはロータ）を具え、これらはプロペラの毎分回転数（ＲＰＭ）を変更することによってシフトされ得る。しかしながら、典型的なそのような航空機は、内燃機関ベースの機械的発電および伝達の本質的制限のために、広範囲のプロペラＲＰＭにわたって適切に動作できないことがよくある。さらに、多くの従来の回転翼航空機は、航空機に揚力を提供するのに少数（例えば、１、２など）のプロペラに依存し、および／またはプロペラのみに依存しており、このため飛行性能に悪影響を与えることなくプロペラパラメータを調整して所望の音響シグネチャを実現する柔軟性が制限される場合がある。これらのような音響シグネチャはまた、音響心理学的ペナルティをもたらす可能性があり、音響シグネチャの高度の諧調および／または他の特性は、航空機の推進機構の可聴範囲にいる個人による音響シグネチャの否定的な心理的および／または生理学的知覚を引き起こす可能性がある。
［０００４］したがって、航空機分野では、航空機の騒音を軽減するための新規で有用なシステムおよび方法を作成する必要がある。本発明は、そのような新規で有用なシステムおよび方法を提供するものである。
［０００５］図１は、航空機の騒音緩和システムの一態様を示す。 ［０００６］図２は、航空機の騒音緩和方法の一態様を示す。 ［０００７］図３は、対称的に対になった非対称間隔を有する非対称プロペラブレード間隔の第１実施例を示す。 ［０００８］図４は、対称的に対になった非対称間隔を有する非対称プロペラブレード間隔の第２実施例を示す。 ［０００９］図５Ａおよび５Ｂは、それぞれホバー構成および前進構成を規定するティルトロータ航空機との組み合わせで実装されるシステムの実施例を示す。 ［００１０］図６は、対称間隔のプロペラと非対称間隔のロータの例示的な相対ブレード間隔の比較を示す。 ［００１１］図７は、等間隔ブレードを有するプロペラによって放出される音響シグネチャの例示的な周波数スペクトルを示す。 ［００１２］図８は、非対称ブレード間隔を有するプロペラによって放出される音響シグネチャの例示的な周波数スペクトルを示す。 ［００１３］図９は、ある範囲のＲＰＭ値で動作する複数のプロペラによって放出される音響シグネチャの例示的な周波数スペクトルを示す。 ［００１４］図１０は、方法の例示的な実装例によるフィードバックに基づく動的音響ピーク拡散の例を示す。 ［００１５］図１１は、方法の例示的な実装例による２つのプロペラ間の相対位置を制御する例を示す。 ［００１６］図１２は、システムの例示的な実施形態と併せた方法の例示的な実装例による、ある範囲のＲＰＭ値で動作する非対称間隔ブレードを有する複数のプロペラによって放出される音響シグネチャの例示的な周波数スペクトルを示す。 ［００１７］図１３は、２つの同軸プロペラを有する推進アセンブリの変形例の側面図を示す。 ［００１８］図１４は、共回転中に方位角位相シフトでシフトされた２つの同軸プロペラを具える推進アセンブリの一態様の上面図を示す。
［００１９］本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、本発明をこれらの好ましい実施形態に限定する意図ではなく、むしろ当業者が本発明を製造し使用できるようにすることを意図するものである。
１．概要
［００２０］図１に示すように、騒音緩和システム１００は、航空機９００に搭載された推進アセンブリ１１０を具える。システム１００は好ましくは複数の推進アセンブリ１１０を具えるが、このシステムは代替的に、単一の推進アセンブリ１１０を具えてもよい。システム１００はまた、音響センサ１２２（例えば、マイクロフォン、圧電変換器など）、および任意の他の適切な構成要素を有する制御サブシステム１２０を具えてもよい。推進アセンブリ（例えば、単一の推進アセンブリ、複数の推進アセンブリのうちの１の推進アセンブリなど）は、モータ１１２および少なくとも第１のプロペラ１１４を具える。
［００２１］システム１００は、動作中に航空機（例えば、ロータ式航空機、回転翼航空機、ティルトロータ航空機、ティルトプロペラ航空機、プロペラ駆動航空機など）が発する音の音響心理学的ペナルティを低減することによって、騒音の影響を軽減するように機能する。音の音響心理学的ペナルティは、人間の聴覚の周波数範囲にわたる音の知覚に関連して、放出音の周波数スペクトルの形状（例えば、発された音響シグネチャの周波数範囲にわたる音響パワーの分布）、周波数スペクトルの階調性（例えば、ブレード通過周波数における音響パワーの集中度、およびその整数倍または分数倍）、および放出音の聴取者の経験に関連する放出音の他の任意の特性に関連し得る。大きな音響心理学的ペナルティは、放出音に対する聴取者の大きな否定的な反応（例えば、聴取者が音を不快であると知覚する場合）に関連し、一方で小さな音響心理学的ペナルティ（または音響心理学的ペナルティの減少）は、放出音に対する聴取者の小さな否定的な反応および／または肯定的な反応（例えば、聴取者がその音を不快または心地よいものとして知覚しない場合）に関し得る。しかしながら、音響心理学的ペナルティは別のように適切に定義されてもよい。このシステムは、追加的または代替的に、放出音の音響周波数スペクトルの拡散、放出音の音響周波数スペクトルのシフト、放出音の総音響パワーの低減（例えば、放出音を減衰させる）、放出音の音響周波数スペクトルの動的調整、それ以外には、航空機（回転翼航空機など）によって生成されるノイズの適切な軽減、および／または他の適切な機能を実行するように機能し得る。
［００２２］システムは、位置制御モード、可変ＲＰＭモード、位相制御モード、および拡散ＲＰＭモードを含む複数の動作モード間で動作することができる。位置制御モードでは、プロペラの方位角位置は、絶対的な意味で（in an absolute sense）能動的に制御される（例えば、モータに通信可能に連結されたコンピューティングシステムによって）。位相制御モードでは、各プロペラの方位角位置は、複数のプロペラ（例えば、複数の推進アセンブリ）の互いのプロペラの方位角位置に対して制御される。可変ＲＰＭモードでは、プロペラのＲＰＭが能動的に制御される。拡散ＲＰＭモードでは、同時に作動する各プロペラ（例えば、複数の推進アセンブリの）のＲＰＭの変動が能動的に制御される。
［００２３］いくつかの態様では、システムは、同時に拡散ＲＰＭモードと位相制御モードで動作し得る。同様に、さらなる変形例では、システムは、同時に可変ＲＰＭモードと位置制御モードで動作し得る。しかしながら、システムは、他の任意の適切な動作モードおよび／またはそれらの組み合わせで適切に動作することができる。
［００２４］航空機９００は、好ましくは回転翼航空機であり、より好ましくは、前進構成とホバー構成との間で動作可能な複数の推進アセンブリを具えたティルトロータ航空機である。しかしながら、この航空機は代替的に、１以上の推進アセンブリを具える固定翼航空機、１以上の推進アセンブリを具えるヘリコプタ、および／またはプロペラによって推進される他の任意の適切な航空機または乗物であってもよい。回転翼航空機は、好ましくは１つまたは複数の推進アセンブリを駆動するための全電気パワートレイン（例えば、電池式電気モータ）を具えるが、追加的または代替的に、ハイブリッドパワートレイン（例えば、内燃機関を有するガス電気ハイブリッド）、内燃パワートレイン（例えば、ガスタービンエンジン、ターボプロップエンジンなどを具える）、および他の適切なパワートレインを具えてもよい。
［００２５］代替の変形例では、航空機９００は、回転および／または分散推進システムを有する任意の適切な航空機を含むことができ、音響シグネチャは、回転する空力アクチュエータ（例えば、ターボファン要素、ターボジェット要素、タービン、プロペラなど）またはそのうちの複数から生じる（例えば、航空機の周りに分布している、航空機の近位に位置しているなど）。
［００２６］本明細書で使用される「ロータ」という用語は、ロータ、プロペラ、および／または他の任意の適切な回転空力アクチュエータ（例えば、回転翼航空機の主推進ユニット、回転翼航空機の補助推進ユニット、固定翼または傾斜翼航空機、あらゆる航空機タイプの推力提供要素など）。プロペラは、関節式または半剛性のハブを利用する回転式空力アクチュエータを指してもよいし（例えば、ブレードとハブの接続は、関節式、フレキシブル、剛性、および／または他の方法で接続できる）、このプロペラは、剛性ハブを利用する回転式空力アクチュエータを指してもよく（例えば、ブレードとハブの接続は、関節式、フレキシブル、剛性、および／またはその他の方法で接続できる）、そのような区別は、本書で用いる場合に明示または暗示されず、プロペラの使用はいずれかの構成、および関節式または剛性ブレードの他の可能な構成、および／または、中央部材またはハブへのブレード接続の他の可能な構成を指すことができる。したがって、ティルトロータ航空機は、ティルトプロペラ航空機、ティルトプロップ航空機と呼ばれてもよく、および／または他の方法で適切に言及または説明されてもよい。
［００２７］図２に示すように、方法２００は、動作中に音響シグネチャを生成する推進アセンブリを提供するステップＳ２１０と、当該推進アセンブリ（および／または複数の推進アセンブリ）を制御して、音響シグネチャの音響心理学的ペナルティを低減するステップＳ２２０とを含む。ブロックＳ２１０は、好ましくは複数の推進アセンブリを提供することを含み、ブロックＳ２２０は、好ましくは複数の推進アセンブリを制御することを含む。ただし、ブロックＳ２１０およびＳ２２０は、追加的または代替的に、それぞれ単一の推進アセンブリを提供し制御することを含み得る。方法２００は、任意選択で、推進アセンブリ（および／または複数の推進アセンブリ）の音響シグネチャ（例えば、音響シグネチャデータ）を特定するステップＳ２２５、および／またはその他の適切なプロセスおよび／またはブロックを含み得る。
［００２８］方法２００は、運航中に航空機が発する音の音響心理学的ペナルティを低減するように機能する。音響心理学的ペナルティは、好ましくは実質的に上記のように定義されるが、音響心理学的ペナルティは追加的または代替的に他の方法で適切に定義してもよい。この方法は、追加的または代替的に、放出音の音響パワーを音響周波数スペクトル全体に広げ、放出音の音響周波数スペクトルをシフトし、放出音の総音響パワーを低減し、放出音の周波数スペクトルを動的に調整し、および／または他の適切な機能を実行するように機能し得る。
［００２９］この方法は、好ましくは、実質的に上記および以下の第３章に記載されているシステム（例えば、システム１００）によって実施される。しかしながら、この方法は、追加的または代替的に、他の任意の適切なシステムによって実施することができる。この方法は、通信システム（例えば、陸上通信システム、宇宙ベースの通信システム、航空通信システム、これらの通信システムの任意の組み合わせ）、音響シグネチャ評価システム（例えば、航空機および／または地上位置に配置された音響センサのネットワーク）、および他の任意の適切なシステムといった様々な関連システムと組み合わせて実施することができる。
２．利点
［００３０］本システムおよび方法ならびにそれらの変形例は、いくつかの利益および／または利点をもたらすことができる。
［００３１］第１に、システムおよび方法の態様は、運用中に航空機が発する音響スペクトルの諧調を低減することができる。スペクトルの諧調（例えば、音響パワーが基本周波数とその高調波に集中する程度、周波数の拡散量の逆など）は、音響心理学的ペナルティをもたらすことがあり、その場合、航空機によって生成される騒音は、同等の総音響の低音の音響スペクトルよりも、（例えば、乗客、地上の観察者などによって）大きくおよび／またはより顕著に（例えば、より耳障りな、より鈴なりな、より刺激的など）と知覚される。非対称ブレード間隔、ＲＰＭ拡散、位置制御、位相シフトなどの１つまたは複数を使用して周波数シグネチャのピークを拡散することにより、本システムと方法の態様により、スペクトルの諧調を低減することができる。
［００３２］第２に、システムおよび方法の態様では、複数のプロペラを使用して航空機に推力を提供する際に広範囲のｒｐｍ値を利用可能とし、これによって航空機が発する音響スペクトルを拡散する能力を向上させることができる。例えば、航空機は、実質的に平坦なトルク曲線を有する電動プロペラ（例えば、電気駆動モータを含む推進アセンブリ）を具え、これにより、駆動トルクを犠牲にすることなく（例えば、従来の航空機の内燃エンジンおよび機械的動力伝達と比較して）プロペラを広いＲＰＭ範囲で駆動することができる。航空機は、追加的または代替的に可変ピッチプロペラブレードを具えてもよく、その結果、プロペラが、プロペラブレードのピッチを変化させることによって（例えば、所望の推力値に対して所与のｒｐｍに対応するように）、ある範囲のＲＰＭ値で実質的に同等の推力を提供できるようになる。別の例では、航空機は少なくとも３つの推進アセンブリを具え、推力および／またはＲＰＭは、全体的な推力およびモーメントの制約に基づいて（例えば、ホバー構成または配置で）それらの間で分配され得る。別の関連する例では、推力および／またはＲＰＭは、全体的な推力の制約に基づいて（例えば、前進飛行構成または配置で）複数の推進アセンブリ間で分配され得るが、ここでモーメントの制約は、別の方法（例えば、推進アセンブリとは別の航空機の他のエフェクタを用いて）満たされ得る。
［００３３］第３に、本システムおよび方法の態様は、実質的にリアルタイムで動的音響周波数拡散を実現することができる。例えば、システムは、車内の場所で測定された音響シグネチャ（例えば、車載マイクロフォンを介して測定された）に応答して、動作中に複数の推進アセンブリの周波数拡散を調整する周波数拡散プロペラコントローラを具え得る。別の例では、方法は、所望する音響応答を示す制御入力（例えば、パイロットから受信）に基づいて、１つまたは複数のプロペラのブレードの相対方位角位置を動的に調整するステップを含み得る。
［００３４］第４に、本システムおよび方法の態様は、所定範囲のＲＰＭ値（例えば、各プロペラのＲＰＭ値の各分布が、制御入力と、推進アセンブリ全体の対応する推力分配または単一の推進アセンブリの推力値に関連付けられる）、非対称のブレード間隔（例えば、単一のプロペラ、単一のメインプロペラ、複数のプロペラなど）、および／または複数のプロペラにわたるブレード数を使用して静的音響周波数拡散を実現することができる。航空機の運航中に動的に調整できる（例えば、音響センサを有する閉ループフィードバック制御に基づいて、航空機の動作状態に基づいてなど）動的音響周波数拡散とは対照的に、静的音響周波数拡散は、航空機の各動作条件で固定（例えば、予め規定）することができる。
［００３５］第５に、本システムおよび方法の態様は、直接駆動を介して精密なプロペラ制御を実現することができる（例えば、モータが推進アセンブリのプロペラに直接結合される）。例えば、プロペラの位置（例えば、方位角位置など）は、モータの回転部分（例えば、モータの電気モータのプロペラ）に堅固に結合することができ、これによりプロペラの方位角位置およびモータの回転部分の方位角位置が同期され、プロペラの方位角位置および／または位相（例えば、回転中の他のプロペラと比較した相対的な方位角位置）の制御性は、（例えば、トランスミッション、あるいは他の脱着可能または可変のパワートランスミッションリンケージを具える間接モータとは対照的に）モータの制御性と同等となる。
［００３６］ただし、ティルトロータ航空機およびその変形例は、追加的または代替的に、他の適切な利益および／または利点を提供してもよい。
３．システム
［００３７］図１に示すように、騒音緩和システム１００は、航空機上に配置された（例えば、航空機と統合された）推進アセンブリ１１０を具える。システム１００は、好ましくは複数の推進アセンブリ１１０を具えるが、システムは、代替的に単一の推進アセンブリを具えてもよい。システム１００はまた、音響センサ（例えば、マイクロフォン）を具え得る。推進アセンブリ（例えば、単一の推進アセンブリ、複数の推進アセンブリのうちの１つの推進アセンブリなど）は、プロペラ１１４とモータ１１２とを具える。システムは、追加的または代替的に、航空機に適した他の任意の構成要素を具えることができる。
３．１ 推進アセンブリ
［００３８］推進アセンブリ１１０は、モータ１１２およびプロペラ１１４を具える。この推進アセンブリ１１０は、航空機に推進力を提供するように機能する。推進アセンブリ１１０は、ティルトロータ航空機と組み合わせて実装されるシステム態様において、ティルト機構を具え得る。ティルト機構を含む態様では、推進アセンブリ１１０は、航空機に垂直と水平の推力能力を提供するように機能する。
［００３９］システムは、好ましくは、複数の推進アセンブリ１１０と、対応する複数のプロペラ１１４およびモータ１１２とを具え、複数の推進アセンブリ１１０のそれぞれが航空機に推力を提供する。しかしながら、追加的または代替的に、システムは単一の推進アセンブリ１１０を有するか、および／または複数のうちの１つのサブセットが航空機に推進力を提供しない（例えば、テールロータのように、複数のうちのサブセットが主に航空機に安定力を提供する）複数の推進アセンブリ１１０を具えてもよい。さらなる代替例では、システムは、任意の適切な数の推進アセンブリを具えることができる。
［００４０］システムは、位置制御モード、可変ＲＰＭモード、位相制御モード、および拡散ＲＰＭモードを含む複数の動作モード間で動作することができる。
［００４１］モータ１１２は、好ましくは、ある範囲のＲＰＭ値（例えば、１００～１０００ｒｐｍ、５５０～８５０ｒｐｍ、６２５～６７５ｒｐｍなど）において、このＲＰＭ値の範囲にわたって高効率（例えば、推進効率、シャフト出力パワーと電気入力パワーの比率など）のＲＰＭ値で動作可能なダイレクトモータ１１２（例えば、ダイレクト駆動電気モータ１１２、可変ギアボックスまたは他の間接動力伝達機構を省略したパワープラント、常時ギアモータ１１２など）である。広範囲のＲＰＭ値でのモータ１１２（例えば、電気モータ）の高効率、および広範囲のＲＰＭ値での十分なシャフト出力（例えば、所望の動作条件に対して十分なシャフト出力）を生成する能力は、広範囲のＲＰＭ値にわたって（例えば、電力制限がないか、搭載電力の利用可能性によって制限されることなく、または操作を非実用的にし得る他の要因などによる制限なく）推進アセンブリ１１０の実際の動作（例えば、過度の電力消費なしに所望の推力を提供するための推進アセンブリ１１０の動作）を容易にすることができる。いくつかの態様では、モータ１１２は、低いＲＰＭ値で高いトルクを生成するように構成することができ（例えば、モータ１１２が実質的に平坦なトルク曲線を規定する、またはモータ１１２が他の任意の適切なトルク曲線を規定するなど）、高出力かつ低ＲＰＭレジームでの推進アセンブリ１１０の動作を可能にする（例えば、騒音を低減することができる）。しかしながら、モータ１１２は、出力パワー要件（例えば、所望の動作条件によって決定される）が動作範囲内の任意のＲＰＭ（例えば、ＲＰＭ値の適切な範囲）に合致するように、ＲＰＭ値の関数として任意の適切な出力トルクを生成する他の方法で適切に構成することができる。追加的または代替的な態様では、モータ１１２は、プロペラ１１４（例えば、複数のロータの各プロペラ１１４）の方位角位置の正確な制御を実現するように構成することができる。モータ１１２の直接駆動特性により、モータ１１２の回転出力を制御できるのと同じ程度にプロペラ１１４の方位角位置の制御を実現し得る。例えば、ステッピングモータ１１２を含むモータ１１２が、プロペラ１１４の方位角位置（および、複数のプロペラ１１４を具える態様では、複数のうちの他のプロペラ１１４に対する１のプロペラ１１４の位相）をステッピングモータ１１２の１段階以内に制御することができる。モータ１１２のトルク曲線は、他の性能特性（例えば、モータ１１２の動作効率、推進効率、空力効率、出力、トルク出力など）を過度に犠牲にすることなく、ＲＰＭを正確に制御することを可能にし、特に可変ピッチブレードと組み合わせて使用した場合の正確な制御を実現することができる（例えば、ブレードが失速状態でないときに、可変ＲＰＭに対して推力を一定に保つことができるように）。
［００４２］位置制御モードでは、プロペラ１１４の方位角位置は、好ましくはロータの音響放出に基づいて（例えば、制御サブシステム１２０によって）制御される。例えば、プロペラ１１４の方位角位置は、所望の周波数スペクトルを達成するために変調することができる。方位角位置変調は、時間の関数として一定の回転速度（例えば、一定の回転周波数）を維持すること、任意の適切な変調周波数で基本周波数の周りの瞬時周波数を変調すること（例えば、単一の回転周期内で）を含み、および／または他の方法でプロペラ１１４の方位角位置を制御するのに適している。しかしながら、位置制御モードは追加的または代替的に、任意の適切な方法でのプロペラ１１４の動作を含むことができる。
［００４３］可変ＲＰＭモードでは、ＲＰＭは、好ましくはプロペラ１１４のアコースティックエミッションに基づいてある範囲のＲＰＭ値の間で正確に制御され、より好ましくはロータによって生成される推力とは独立して制御される。例えば、実質的に同等の推力を維持しながら、基本周波数（例えば、ロータの１つのブレードの全回転の周波数）および放出音響シグネチャの関連する高調波を下げるために、ブレードピッチが増大され（例えば、ブレードスパンに沿った失速状態を最小化および／または回避しながら）、ＲＰＭ値を減少させることができる。可変ＲＰＭモードにおいて、そしてプロペラ１１４の所与の直径に対して、プロペラ１１４は、好ましくは低先端速度レジームで動作される。しかしながら、プロペラ１１４は追加的または代替的に、高先端速度レジームおよび／または他の適切な範囲の先端速度で動作させることができる。特定の実施例では、低先端速度レジームおよびプロペラ１１４の直径は、航空機のホバーモードまたはホバー構成における約６５０ＲＰＭ±約５０ＲＰＭに対応し、航空機の前進モードまたは前進構成における６５０ＲＰＭ未満に対応する。しかしながら、可変ＲＰＭモードは追加的または代替的に、任意の適切な方法でのプロペラ１１４の動作を含むことができる。
［００４４］複数の推進アセンブリ１１０を具えるシステム態様では、複数の動作モードは、拡散ＲＰＭモードと位相制御モードを含み得る。拡散ＲＰＭモードでは、各プロペラ１１４は、好ましくは、対応するモータ１１２によって、固有のＲＰＭで（例えば、複数のロータのうちのそれぞれ別のプロペラ１１４に対して）駆動される。しかしながら、拡散ＲＰＭモードは追加的または代替的に、複数のうちの単一のプロペラ１１４が、複数のうちの他のプロペラ１１４のそれぞれが動作するＲＰＭとは異なるＲＰＭで動作したり（例えば、複数のうちの単一のプロペラ１１４のみが残りのロータとは異なるＲＰＭで動作する）、複数のうちの１つのサブセットが第１のＲＰＭで動作し、複数のうちの別のサブセットが第２のＲＰＭで動作したり、および／または複数の推進アセンブリ１１０のプロペラとＲＰＭ値の適切な対応で動作したりすることができる。
［００４５］位相制御モードでは、各プロペラ１１４の位相（例えば、プロペラ１１４と、実質的に同じＲＰＭ値で回転する航空機の他の適切なプロペラ１１４との間の角位置の差）は、位置制御モードに関して説明されたのと実質的に同じ方法を、複数のプロペラ１１４の動作に適切に拡張させた方法で、好ましくは能動的に（例えば、自動的に）制御される。いくつかの変形例では、各プロペラ１１４の位相は、動作中に他のプロペラ１１４の位相とは異なるように制御してもよい（例えば、１つを除くすべてのプロペラ１１４の位相を非ゼロとしたり、少なくとも１つのプロペラ１１４の位相を非ゼロとしたりなど）。さらなる変形例では、１つまたは複数のプロペラ１１４の位相は、１つまたは複数のプロペラ１１４の音響シグネチャが、１つまたは複数のプロペラ１１４に対して所定の位置で打ち消すように干渉するように制御することができる。例えば、空間内のある点から等距離に配置された２つのプロペラ１１４の位相は、２つのプロペラ１１４の音響シグネチャがこの空間内の点において打ち消されるように、相補的な位相を有するように制御することができる。前述の例および関連する例の空間内の点は、航空機のキャビン内、地上、または航空機から離れた地上構造内にあり得るが、位相制御モードの代替例では、任意の適切な数のプロペラ１１４が、動作中に任意の適切な相対位相（例えば、互いのロータに対して）を有するように制御することができる。いくつかの態様では、システムは、同時に拡散ＲＰＭモードと位相制御モードで運用することができる。
３．１．１ プロペラ
［００４６］推進アセンブリ１１０のプロペラ１１４は、航空機に推進力を提供するように機能する。プロペラ１１４はまた、航空機に推進力を提供する結果として、音響シグネチャ（例えば、複数の推進アセンブリ１１０および／または、複数のプロペラ１１４を具える１つの推進アセンブリ１１０の場合の合計音響シグネチャの一部）を生成するように機能し得る。プロペラ１１４は、当該プロペラ１１４のディスクを規定し、これは回転中のプロペラ１１４の掃引領域および／または掃引体積を含み得る。プロペラ１１４はまた、任意の適切な値の直径、および任意の他の適切な幾何学的パラメータ（例えば、厚さ、深さ、形状など）を規定し得る。プロペラ１１４によって生成される音響シグネチャは、基本周波数でのプロペラ１１４ブレード（例えば、所与のＲＰＭでのプロペラ１１４の１つのブレードの単一回転の周波数）；プロペラ１１４ブレードの数およびプロペラ１１４が回転するＲＰＭに基づき、等間隔のブレードを具えるプロペラ１１４に対して明確に規定されるブレード通過周波数（ＢＰＦ）；基本周波数の高調波（例：基本周波数の整数倍）；およびＢＰＦの高調波（例えば、２×ＢＰＦ、３×ＢＰＦ、ＢＰＦの整数倍など）；からの寄与（例えば、音響パワースペクトルへの）を含み得る。音響シグネチャはまた、プロペラ１１４の振動モードからの寄与を含み得る（例えば、プロペラ１１４の歳差運動、プロペラ１１４のブレードの振動、プロペラ１１４のディスクの面外振動など）。音響シグネチャはまた、ブレード渦相互作用（ＢＶＩ）からの、およびプロペラ１１４の動作に関連する他の適切な騒音源からの寄与を含み得る。
［００４７］プロペラ１１４は、任意の適切な数のブレードを有し得る。プロペラ１１４は、好ましくは５つのブレードを有するが、代替的に、３つのブレード、４つのブレード、６つのブレード、および他の任意の適切な数のブレードを有してもよい。ブレードはハブにしっかりと固定されるか、ハブに固定されて可変ピッチ機能を具えるか（例えば、適切な可変ピッチリンケージ、周期的ピッチ制御などによって）、および／または１つまたは複数のヒンジ（例えば、ドラッグヒンジ、フラップヒンジなど）によってハブまたはプロペラ１１４ヘッドに連結されて、空力負荷下でのプロペラ１１４の回転中にブレードのハブまたはプロペラ１１４ヘッドに対する進み、遅れ、および／またはフラップを実現する。しかしながら、ブレードは、他の方法で互いに適切に結合され、および／または他の方法で適切に機械的に連結されて、プロペラ１１４の少なくとも一部を構成してもよい。
［００４８］プロペラ１１４ブレードは、好ましくは、ブレード先端で（例えば、任意の種類の機械的構造によって）拘束されていない（例えば、囲まれていない）が、プロペラ１１４は追加的または代替的に、ブレード先端を囲むフェアリングを具えてもよい（例えば、ダクトやダクテッドファンのように）。そのような変形例では、フェアリングは、回転中にブレード先端から発する音響シグネチャ成分（例えば、音波）を減衰させるように機能し得る。しかしながら、プロペラ１１４ブレードは追加的または代替的に、任意の適切な様式で拘束されてもよいし、拘束されないでもよい。
［００４９］複数の推進アセンブリ１１０を具えるシステムの態様では、各プロペラ１１４は、好ましくは同数のブレードを具える。しかしながら、代替の変形例では、複数のうちの異なるプロペラ１１４が、音響スペクトルを拡散するように機能し得る異なる数のブレードを具えてもよい（例えば、異なるＢＰＦおよび関連する高調波に対応する異なるブレード数のため）。第１の特定の実施例では、単一のＢＰＦ（および関連する高調波）に対応するピークから離れて一組のＢＰＦ（および関連する高調波）へと音響パワーを全音響スペクトル内で拡散するために、システムは、偶数（例えば、６つ）の推進アセンブリ１１０を具え、偶数の推進アセンブリ１１０の各ペアは、他の各ペアと異なる数のブレードを有し（例えば、６つのセットにおいて、２つのプロペラ１１４が３つの部レートを有し、２つのプロペラ１１４が４つのブレードを有し、２つのプロペラ１１４が５つのブレードを有する）、ここで各ＢＰＦは一対のプロペラ１１４に対応する。しかしながら、さらなる実施例では、システムは任意の適切な数の推進アセンブリを具え、各推進アセンブリは、任意の適切な数のブレードを有するプロペラ１１４を具えることができる（例えば、適切な拡散音響を生成するため）。
［００５０］プロペラ１１４のブレードに関して、これらのブレードは非対称に間隔を空けることができる。各ブレード間の間隔（例えば、ブレード間隔）は、動作中に（例えば、回転中に）プロペラ１１４によって生成される音響スペクトルの諧調（例えば、それによる音響心理学的ペナルティ）を低減するために、様々な方法で変調することができる。ブレード間の間隔は、ランダムに変調したり、プロペラ１１４のモデルまたはブレードモデル（例えば、ＲＰＭの関数としての音響パワー生成の）に基づく計算予測に従って変調したり、および／または他の方法で適切に変調したりすることができる。
［００５１］間隔は、変調の大きさの制約の下でランダムに変調できる。例えば、対称間隔角度からの最大変動（例えば、３枚ブレードプロペラ１１４の場合は１２０°、４枚ブレードプロペラ１１４の場合は９０°、５枚ブレードプロペラ１１４の場合は７２°、６枚ブレードプロペラ１１４の場合は６０°など）を最大値（例えば、５°、２°、１０°など）に制約して、変調をランダムに生成することができる（例えば、疑似ランダム生成する、確率過程によって生成するなど）。制約付きランダム変調の別の実施例では、対称間隔角度からの変動を、対称間隔角度からの二乗平均平方根（ＲＭＳ）値（例えば、５°、２°、１０°など）に制約してもよい。しかしながら、ブレード間の間隔は、代替的に、制約のない方法でランダムに変調してもよいし、および／または代替の制約（例えば、最大ディスク負荷非対称性制約、最大プロペラ１１４シャフト負荷制約など）の下で変調してもよい。
［００５２］いくつかの態様では、２より大きい偶数のブレードを具えるプロペラ１１４の場合、非対称ブレード間隔が、対称的に対になった非対称間隔を有し得る。例えば、図３に示すように、非対称のブレード間隔を有する４枚ブレードプロペラ１１４がＸ字形の配置を規定し、ブレード間の方位角間隔（例えば、ブレード間角度）は、第１の鋭角と、第１の鈍角、第１の鋭角、第１の鈍角で交互になっている。対称的に対になった非対称間隔の別の実施例では、図４に示すように、６枚ブレードプロペラ１１４が、ブレード間の方位角間隔が第１の鋭角（例えば、６０°）、第２の鋭角（例えば、５８°）、第３の鋭角（例えば、６２°）、第１の鋭角（例えば、６０°）、第２の鋭角（例えば、５８°）、および第３の鋭角（例えば、６２°）とで交互になる配置を規定することができる。別の特定の実施例では、複数の推進アセンブリ１１０の少なくとも１つの複数のブレードの非対称ブレード間隔が、約６８．５°の第１のブレード間角度、約７６．３°の第２のブレード間角度、約６８．５°の第３のブレード間角度、約７３．３°の第４のブレード間角度、および約７３．４°の第５のブレード間角度を有する。５枚のブレードを具える関連実施例では、ブレード間角度は、前述の５枚ブレード間角度からわずかに（例えば、±０．１°、±０．２°、±０．３°など）変化し、実質的に同一の機能を達成することができる。
［００５３］非対称ブレード間隔は、追加的または代替的に、プロペラ１１４の任意の２つのブレード間のブレード間隔（例えば、角度の値）が、プロペラ１１４の他の任意の２つのブレード間のブレード間隔と異なる、完全に非対称なブレード間方位角間隔を有することができる。非対称ブレード間隔は、追加的または代替的に、３６０°をブレードの数で割った値とは異なる（例えば、より大きい、より小さい）任意の適切な角度値のブレード間方位角間隔を有することができる。
［００５４］非対称ブレード間隔は、好ましくは、ベースプロペラ回転周波数のすべての倍数にわたる音響スペクトルの変動を最小化することによって、そして任意選択で様々な実際的な制約を伴って決定される。この方法による非対称ブレード間隔の決定は、好ましくは、プロペラの各ブレードが特徴的な周期圧力信号ｐ（φ）＝ｐ（φ＋２π）を生成すると仮定することを含み、ここでφ＝２πｔ／Ｔであり、ｔは時間、Ｔは回転周期を表す。プロペラのセットの全体的な音響出力（例えば、騒音）は、段階的なそのような圧力信号の重ね合わせであり、
Figure 0007130064000001
であり、Φｉはハブ上のプロペラのブレードの角度、Ｎはブレードの数を表す。フーリエドメイン
Figure 0007130064000002
で音響出力を表すと、
Figure 0007130064000003
ここで、
Figure 0007130064000004
が、
Figure 0007130064000005
が最小となるようにＣｋの変動を最小化することで、非対称ブレード感覚を決定するタスクを削減することができる。ｐ＞２の場合、非対称ブレード間隔はそのような最小のソリューションにつながり、均一性がｐとともに増加するより均一な分布を支持する。非対称ブレード間隔を決定するいくつかの変形例では、間隔のソリューションは、構造、性能、および／またはパッケージングの制約によってさらに制約され得る。好ましくは、最初のモーメント
Figure 0007130064000006
である分布が使用され（例えば、バランス問題を回避するため）、あるいは、最初のモーメントがゼロに等しくない分布を使用することができる。ブレード間の最小間隔は６８．５°以上である必要があり、最初のモーメントｇ０＝０であるという追加の制約の下で、５枚ブレードプロペラに適用される上記の特定の例では、ブレード角度分布｛Φｂ｝０＝｛０°、６８．５°、１４４．７９１°、２１３．２９１°、２８６．６４５°｝は、ｐ≧３の妥当な値に対してパワーｐに依存せず、単一ブレードスペクトル信号｛ｃｋ｝に依存しない結果となり、本書記載のプロペラの態様および実施例において使用できる。変換Φｂ’＝Φｂ＋δ、Φｂ’＝－Φｂ’、またはそれらの組み合わせの下において同様のブレード角度分布を追加的または代替的に使用することができる。ブレード角度分布の数十分の一程度の変化を追加的または代替的に使用して、同じまたは同様の効果を達成することができる。しかしながら、追加的または代替的な変形例において、非対称のブレード間隔は、他の方法で適切に決定してもよい。
［００５５］非対称ブレード間隔は、（例えば、複数の推進アセンブリ１１０に対応する複数のプロペラ１１４の）所与のプロペラ１１４については（例えば、プロペラ１１４ハブ、プロペラ１１４ヘッドなどで）固定されることが好ましいが、追加的または代替的に調整可能であってもよい（例えば、手動調整可能、アクチュエータによって自動調整可能など）。複数の推進アセンブリ１１０を具える航空機の態様では、複数のうちの各プロペラ１１４の非対称ブレード間隔は同一であってもよいし、複数のうちの各プロペラ１１４で異なってもよいし、複数のうち１のサブセットに同一であって複数のうちの別のサブセットで異なってもよいし、または他の方法で複数のプロペラ１１４によって適切に表されてもよい。各プロペラ１１４の非対称ブレード間隔は、制御サブシステム１２０による運用中に（例えば、音響シグネチャデータに基づいて）独立して調整することができる。（例えば、各ロータの）非対称ブレード間隔が固定の態様では、ブレード間間隔は、音響スペクトル分布の最適化に基づいて予め決定することができる。例えば、ブレード間の間隔は、周波数の関数としての音響強度の二乗の合計を最小化するように計算することができる（例えば、二乗された音響強度の積分を最小化するため）。前述の例では、周波数の関数としての音響強度は、回転ブレードの計算流体力学シミュレーションと、空間内のある点で生じる圧力摂動（例えば、音波）を使用して特定することできる。関連する実施例では、周波数の関数としての音響強度は、音響センサ１２２（例えば、回転ブレードに対して空間内のある点に固定される）、を使用して測定することができ、ブレード間の間隔は、音響強度の二乗の積分を最小化することによってプロペラ１１４で決定することができる（例えば、手動で、製造中に、製造後に、航行中に動的になど）。
［００５６］いくつかの態様では、複数のブレードを２以上のプロペラ１１４によって（例えば、２以上の同軸プロペラ１１４によって規定することができ、非対称ブレード間隔は、この２以上の同軸プロペラ１１４間の方位角シフトによって達成され得る（例えば、運用中に）。例えば、図１３および１４に示すように、推進アセンブリ１１０の複数のブレードは、第１のプロペラ１１４と同軸の第２のプロペラ１１４によってさらに規定することができる。そのような例では、２つの同軸プロペラ１１４は動作中に同じ方向に回転し、プロペラ１１４は動作中に方位角位相シフトによってシフトされる（例えば、図３に示すようなＸ字型構成および関連する放出音響シグネチャの諧調の縮小を達成するため）。複数の同軸の共回転プロペラ１１４間の方位角位相シフトは、可変の非対称ブレード間隔を達成するために動的に制御することができる。そのような動的制御は、音響出力シグネチャ（例えば、フィードバック制御を使用して自動的に）や、コマンド命令（例えば、手動で、開ループ制御を介してなど）に基づくか、または他に適切に基づくことができる。
［００５７］同軸の共回転構成の２以上のプロペラ１１４は、様々な数のブレードを具えることができる。一例では、第１および第２のプロペラ１１４のそれぞれが２枚のブレードを有し、推進アセンブリ１１０の第１および第２のプロペラ１１４によって規定される複数のブレードが４枚のブレードを含む。別の実施例では、第１および第２のプロペラ１１４のそれぞれが３枚のブレードを有し、推進アセンブリ１１０の第１および第２のプロペラ１１４によって規定される複数のブレードが６枚のブレードを含む。別の実施例では、第１のプロペラ１１４が３枚のブレードを有し、第２のプロペラ１１４が２枚のブレードを有し、結果として複数のブレードは５枚のブレードを含む。しかしながら、２以上のプロペラ１１４のうちの各プロペラ１１４は、推進アセンブリ１１０の複数のブレードを規定する任意の適切な数のブレードを含むことができる。追加的または代替的な態様では、任意の適切な数のブレード（例えば、２、３、４など）を有する任意の適切な数のプロペラ（例えば、２、３、４など）を、同軸かつ共回転構成で使用し、１つまたは複数の推進アセンブリのうちの単一の推進アセンブリの複数のブレードを規定することができる。
３．１．２ モータ
［００５８］推進アセンブリ１１０のモータ１１２は、プロペラ１１４にトルクを提供し、それによってプロペラ１１４を回転させるように機能する（例えば、航空機に推進力を提供するため）。モータ１１２はまた、動作中にプロペラ１１４のＲＰＭを制御するように機能することができる。いくつかの態様では、モータ１１２は動作中に（例えば、制御命令に応答して）ＲＰＭを動的に調整するように機能することができる。モータ１１２は、好ましくは電気モータ１１２を含むが、追加的または代替的に、任意の他の適切なタイプのモータ１１２または回転アクチュエータ（例えば、内燃機関、ガスタービンエンジンなど）を含み得る。モータ１１２は、好ましくはプロペラ１１４に直接連結され（例えば、シャフト、直接リンケージによって）、あるいは動力伝達リンケージ（例えば、ギアボックス、オフセットシャフト、クラッチ、クラッチ、間接リンケージなど）を介してプロペラ１１４に接続され得る。モータ１１２はまた、プロペラ１１４の物理的配向（例えば、各ブレードのブレードピッチ、各ブレード対間のブレード間間隔など）を機械的に調整するように機能するトリム機構を具えることができる。
［００５９］モータ１１２が電気モータ１１２を含む態様では、電気モータ１１２は、電磁モータ１１２、静電モータ１１２、圧電モータ１１２、および他の任意の適切なタイプの電気モータ１１２といった任意の適切なタイプの電気モータ１１２を含み得る。電気モータ１１２は、自己転流モータ１１２（例えば、ブラシ付きＤＣモータ１１２、ブラシレスＤＣモータ１１２、スイッチドリラクタンスモータ１１２、ユニバーサルＡＣ－ＤＣモータ１１２、または転流電気励起直列または並列巻線モータ１１２など）、あるいは外部整流モータ１１２（例えば、誘導モータ１１２、トルクモータ１１２、同期モータ１１２、二重給電電動モータ１１２、単一給電電動モータ１１２など）であり得る。代替例では、電気モータ１１２は、コアレスプロペラ１１４モータ１１２、アキシャルプロペラ１１４モータ１１２、ステッピングモータ１１２、および任意の他の適切なタイプの電気モータ１１２を含み得る。いくつかの態様では、プロペラ１１４は、電気モータ１１２の一部を形成する（例えば、モータ１１２の二次巻線、モータ１１２の固定子とモータ１１２のプロペラが電磁通信するなど）。しかしながら、追加的または代替的な変形例では、推進アセンブリ１１０の部分で、モータ１１２の任意の適切な部分（例えば、プロペラ１１４、固定子、ハウジング、電源など）を形成することができる。
［００６０］推進アセンブリ１１０（例えば、複数のうちの各推進アセンブリ１１０）は、任意選択でティルト機構を具え得る。航空機がティルトロータ航空機として構成される態様では、ティルト機構は、推進アセンブリ１１０のプロペラ１１４を前進配向（例えば、プロペラ１１４の回転軸が航空機の縦軸に実質的に平行）とホバー配向（例えば、プロペラ１１４の回転軸が航空機の垂直軸に実質的に平行）の間で回動させるように機能する。
３．２ 制御サブシステム１２０
［００６１］本システムは、システムの１つまたは複数の推進アセンブリを（例えば、前述のものなどの任意の適切な動作モードおよび／または他の適切な動作モードで）制御するように機能する制御サブシステム１２０を含むことができる。制御サブシステム１２０は、好ましくは搭載コンピュータを含むが、追加的または代替的に航空機およびその推進アセンブリ１１０ならびに任意の他の適切なコンピューティングシステムに（例えば、無線周波数トランシーバを介して）通信可能に結合されたリモートコンピュータを含み得る。制御サブシステム１２０は、追加的または代替的に、航空機の操縦翼面の制御および／または作動に関連する任意の他の適切な構成要素を含むことができる。
［００６２］制御サブシステム１２０は、１つまたは複数の音響センサ１２２を含むことができる。音響センサ１２２は、動作中にシステムによって放出される音響シグネチャをモニタリングするように機能する。音響センサ１２２はまた、制御サブシステム１２０にフィードバックを提供するように機能することができ、それによって（例えば、放出音響シグネチャに基づく）システムのフィードバック制御が実現する。音響センサ１２２は、コンデンサマイクロフォン、エレクトレットマイクロフォン、ダイナミックマイクロフォン、リボンマイクロフォン、カーボンマイクロフォン、ピエゾマイクロフォン、光ファイバマイクロフォン、レーザマイクロフォン、ＭＥＭＳマイクロフォンなどのマイクロフォン、マイクロフォンとして逆に利用されるスピーカなどの出力、および音響波を検出する他の適切な変換器を含むことができる。マイクは、単方向、双方向、多方向、および／または全方向のマイクにすることができる。音響センサ１２２は、推進アセンブリ１１０の近く（例えば、航空機に組み込まれる）、推進アセンブリ１１０の遠隔（例えば、地上の場所、地上の構造など）、航空機の内部（例えば、キャビン）または航空機の外面、当該航空機とは異なる航空機（例えば、監視用気球、別の航空機など）、およびその他の適切な場所に配置することができる。本システムは、任意の適切な数の音響センサ１２２（例えば、単一の音響センサ１２２、１つまたは複数の潜在的な飛行経路に沿ってシステムから離れて配置された音響センサ１２２のアレイ、航空機から離れた場所に配置された音響センサ１２２のセットなど）を含むことができる。
３．３ その他の例－システム
［００６３］システムの特定の実施例は、航空機に結合された複数の推進アセンブリ１１０を含み、複数の推進アセンブリ１１０のそれぞれは、モータ１１２と、非対称のブレード間隔を規定する少なくとも第１のプロペラ１１４（例えば、およびいくつかの態様では第２のプロペラ）によって規定される複数のブレードとを具える。この例では、第１のプロペラ１１４はモータ１１２に結合され、動作中にある回転周波数で回転する。この例はまた、航空機に結合され、複数の推進アセンブリ１１０のそれぞれのモータ１１２に通信可能に結合された制御サブシステム１２０を含み、制御サブシステム１２０は、各プロペラ１１４（例えば、第１のプロペラ１１４、第１および第２のプロペラ１１４など）の回転周波数を制御するように動作可能である。
［００６４］図５Ａ～５Ｂに示すように、システムの特定の実施例は、ホバー構成と前進構成との間で動作可能な６つの推進アセンブリ１１０を有するティルトロータ航空機を含む。この例では、６つの推進アセンブリ１１０の各プロペラ１１４は、ホバー構成での動作中に、各プロペラ１１４の回転軸が航空機の垂直軸と平行になるように方向付けられ、６つの推進アセンブリ１１０の各プロペラ１１４は、前進構成での動作中に、各プロペラ１１４の回転軸が航空機の縦軸と平行になるように配向される。この例では、６つの推進アセンブリの各プロペラ１１４は、５枚のブレード間で非対称ブレード間隔を規定し（例えば、複数の推進アセンブリ１１０のそれぞれが単一のプロペラ１１４を含み、複数の推進アセンブリ１１０のそれぞれのプロペラ１１４が正確に５つのブレードを規定する）、ここで、各プロペラ１１４の非対称ブレード間隔は固定であって、各プロペラ１１４間で異なり、各プロペラ１１４の対称間隔角度のＲＭＳ値は５°以内である。この例の６つの推進アセンブリ１１０のプロペラ１１４のそれぞれは、制御可能な可変ピッチブレードを含み、シャフトによってプロペラ１１４（例えば、プロペラ１１４のプロペラ１１４ヘッド、プロペラ１１４のハブなど）に直接かつ堅固に結合された電気モータ１１２を含むモータ１１２によって駆動される。この例では、複数の推進アセンブリ１１０は、上記のように拡散ＲＰＭモードで動作可能である。
［００６５］前進構成とホバー構成との間で動作可能なティルトロータ航空機に実装されたシステム態様および実施例では、複数の推進アセンブリ１１０の制御可能な動作パラメータ（例えば、各プロペラ１１４のＲＰＭ、各プロペラ１１４の位相など）は、前進構成とホバー構成の動作において異なり得る。例えば、本システムは、ホバー構成での動作中は拡散ＲＰＭモードで動作し、前進構成での動作中は位相制御モードで動作することができる。別の例では、本システムは、ホバー構成での動作中に複数の推進アセンブリ１１０のプロペラ１１４に対応するＲＰＭ値の第１のセットを規定する拡散ＲＰＭモードで動作し、前進構成での動作中に複数の推進アセンブリ１１０のプロペラ１１４に対応するＲＰＭ値の第２の別個のセットを規定する拡散ＲＰＭモードで動作する。ＲＰＭ値は、好ましくはホバー構成よりも前進構成の方が低いが、追加的または代替的に、前進またはホバー構成のいずれかに任意の適切な値を含めることができる。システムは追加的または代替的に、そのような構成で動作するように構成された航空機（例えば、ティルトロータ航空機）で実施されるシステムのそのような態様および実施例において、前進および／またはホバー構成での動作中に任意の適切な動作モードで適切に動作することができる。
［００６６］別の特定の実施例では、システムは、複数の推進アセンブリ１１０を有する固定翼航空機を含み、複数の推進アセンブリ１１０のそれぞれは、電気モータ１１２を含むモータ１１２によって駆動される。この例では、各プロペラ１１４は、対称角度（例えば、５枚ブレードロータの場合は７２°）から５°のＲＭＳ角度でずれた非対称ブレード間隔を規定し、この非対称間隔は、複数のプロペラ１１４のいずれかの２つの隣接するブレードが、他の２つの隣接するブレードと同じ角度値によって分離されないように（例えば、同じプロペラ１１４上、異なるプロペラ１１４上など）、前述の拘束されたＲＭＳ値および調整された事後計算でランダムに決定（例えば、計算）される。
［００６７］システムの別の特定例では、複数の推進アセンブリ１１０のそれぞれは、非対称に（例えば、不均一に）間隔を空けたブレードを規定する同一の５枚ブレードプロペラ１１４を含み、その中心線（例えば、基部から先端まで）は図６に示すように対称間隔から揺らいでいる。図７は、所与のＲＰＭ値で対称的に（例えば、等間隔に）間隔を空けた５枚羽根プロペラ１１４に対応する音響シグネチャの例示的な周波数スペクトルを示し、これとは対照的に、図８は、前述のように、また図６に示されているように、非対称に間隔を置いた５枚羽根のプロペラ１１４に対応する音響シグネチャの例示的な周波数スペクトルを示す。
４．方法
［００６８］図２に示すように、方法２００は、動作中に音響シグネチャを生成する推進アセンブリを提供するステップＳ２１０と、推進アセンブリを制御して、音響シグネチャの音響心理学的ペナルティを低減するステップＳ２２０とを含む。
４．１ 推進アセンブリを提供するステップＳ２１０
［００６９］ブロックＳ２１０は、推進アセンブリを提供するステップを含み、この推進アセンブリは動作中に音響シグネチャを生成する。ブロックＳ２１０は、航空機に推進機構を提供するように機能し、ここで推進機構はプロペラを含む。提供される推進アセンブリは、好ましくは、実質的に第３章で上記された推進アセンブリおよび／またはその変形例である。しかしながら、推進アセンブリは追加的または代替的に、乗物に推進力を提供する任意の適切な機構を含むことができ、その機構はプロペラを含む。
［００７０］ブロックＳ２１０は、好ましくは、複数の推進アセンブリを提供することを含み、ここで複数の推進アセンブリのそれぞれは、航空機に推進力（例えば、ホバーモードでの航空機動作中の垂直力、前進モードでの航空機動作中の水平力など）を提供するように構成される。しかしながら、ブロックＳ２１０は代替的に、単一の推進アセンブリ（例えば、航空機がヘリコプタである場合の単一のメインプロペラに対応）および／または複数のうちの１つのサブセットが推進力の代わりに航空機に安定化力を提供するように構成された複数の推進アセンブリ（例えば、複数のプロペラのうちの１つがテールプロペラとして構成され、および／またはそうでなければ、残りの複数のプロペラの回転軸に平行でない軸の周りを回転）を提供することを含むことができる。
［００７１］ブロックＳ２１０は、推進アセンブリのプロペラのブレードが非対称間隔で配置されている推進アセンブリを提供することを含み得る（例えば、１つまたは複数の推進アセンブリの複数のブレードが非対称のブレード間隔を規定する）。このように提供される推進アセンブリは、好ましくは実質的に第３章に記載された推進アセンブリであり、実質的に上記の方法および／または他の任意の適切な方法で非対称に間隔を空けられたブレードを含むことができる。
［００７２］特定の実施例では、ブロックＳ２１０は、非対称ブレード間隔を有する複数の推進アセンブリを提供することを含むことができ、ここで複数の推進アセンブリのそれぞれの複数のブレードの非対称ブレード間隔は同一である。代替的な特定の実施例では、２つ以上の複数の推進アセンブリの複数のブレードの非対称ブレード間隔は異なっていてもよい。
［００７３］一態様では、ブロックＳ２１０は、調整可能なブレード間隔を有するプロペラを具える推進アセンブリを提供することを含む。このブレード間隔は手動調整可能であってもよいし（例えば、航空機が着陸しているか、動作していない期間中であって、ブレードは円周方向の固定具または溝を含むハブに拘束され、その周りでブレードの方位角位置を手動で調整し、１つまたは複数の固定具によって固定できる）、動的に調整可能であってもよいし（例えば、航空機が動作している期間中であって、ブレードの方位角位置は電動アクチュエータによって制御され得るなど）、および／またはそうでなければ適切に調整可能であり得る。代替例では、ブロックＳ２１０は、固定のブレード間隔（例えば、対称ブレード間隔、非対称ブレード間隔など）を有するプロペラを具える推進アセンブリを提供することを含み得る。
４．２ 推進アセンブリを制御するステップＳ２２０
［００７４］ブロックＳ２２０は、音響シグネチャの音響心理学的ペナルティを低減するように推進アセンブリを制御するステップを含む。ブロックＳ２２０は、動作中に推進アセンブリによって生成される音響シグネチャの音響心理学的ペナルティが低減されるように、推進アセンブリを操作するように機能する（例えば、ブロックＳ２１０の１つまたは複数の態様に従って提供される）。方法２００が実施される航空機が複数の推進アセンブリを具える態様では、ブロックＳ２２０は、好ましくは複数の推進アセンブリを制御することを含む（例えば、複数の推進アセンブリによって生成される音響シグネチャの心理音響ペナルティを低減するため）。しかしながら、ブロックＳ２２０は代替的に、航空機が複数の推進アセンブリを具える場合でも単一の推進アセンブリを制御すること、または他の方法で１つまたは複数の推進アセンブリを適切に制御することを含み得る。
［００７５］変形例では、ブロックＳ２２０は、ある範囲のＲＰＭ値で複数の推進アセンブリを制御することを含むことができ、ここで少なくとも１つのプロペラが、少なくとも１つの他のプロペラが回転するＲＰＭ値とは異なるＲＰＭ値で回転する。この変形例では、ブロックＳ２２０は、拡散ＲＰＭ動作モードに関して上記したように実質的に音響スペクトルを拡散するように機能し得る。しかしながら、ブロックＳ２２０は、追加的または代替的に、モータにより可能な任意の適切なＲＰＭ値、あるいはＲＰＭ値の範囲（例えば、モータの動作特性、モータのトルク曲線など）で推進アセンブリを制御することを含み得る。図９は、ブロックＳ２２０の特定の実施例に従って動作する６つのプロペラによって放出される音響シグネチャの周波数スペクトルの例を示し、ここで各プロペラのＲＰＭ値は公称値に対して±５％ずれている（例えば、各プロペラの回転周波数は、複数の推進アセンブリのうちの他の１つの回転周波数から、公称回転周波数、中央回転周波数、平均回転周波数などの少なくとも５％だけ離れている。
［００７６］ブロックＳ２２０は、航空機の運航中に１つまたは複数のプロペラのＲＰＭ値を動的に調整することを含むことができ、これは、放出音響シグネチャの音響心理学的ペナルティを低減するように機能し得る。１つまたは複数のプロペラのＲＰＭ値を動的に調整することで、航空機の飛行を制御することもできる（例えば、ロータによって生成される推力を調整することによって）。しかしながら、ＲＰＭ値の調整は、追加的または代替的に、ブレードピッチまたは他のプロペラの空気機械的特性の調整と同時におよび／または組み合わせて（例えば、推進アセンブリのモータのトリム機構を使用して）、可変ＲＰＭにおいて推力を実質的に一定に保つために実行することができる。いくつかの態様では、ブロックＳ２２０は、推力分布を調整するために（例えば、ホバー構成で航空機の１つまたは複数の軸周りにモーメントを生成するように）複数のプロペラのそれぞれを同時に制御し、同じ動作によって音響心理学的ペナルティを低減する（例えば、ピークを拡散するか、音響スペクトルの諧調を下げることによって）。２つ以上のプロペラのＲＰＭ値の広がりを動的に調整することは、測定された（または適切に取得された）フィードバックに基づいて実行することができる。例えば、ブロックＳ２２０は、航空機の飛行経路に沿った遠隔の観測者から知覚される放出音響シグネチャの音響パワースペクトルを（例えば、地上ベースの音響センサから）受信するステップと（例えば、リアルタイムで、ほぼリアルタイムでなど）、音響パワースペクトルの１つまたは複数のピークが所定の閾値より大きいかを判定するステップと（例えば、オンボードコンピューティングシステムで判定する、リモートコンピューティングシステムで判定するなど）、そして１つまたは複数のピークが所定の閾値を下回るまで、２以上のプロペラ間のＲＰＭ値の拡散を調整するステップとを含み得る。関連する実施例では、閾値は動的に決定することができる（例えば、受信した命令に基づいて、時刻や関連する騒音条例に基づいてなど）。
［００７７］ブロックＳ２２０は、１つまたは複数のプロペラのブレード間隔を調整することを含むことができ、これは１つまたは複数のプロペラによって放出される音響シグネチャの音響心理学的ペナルティを低減するように機能し得る。例えば、ブロックＳ２２０は、動作中に複数のうちの少なくとも１つの推進アセンブリの、複数のブレードの非対称ブレード間隔を調整することを含み得る。このブレード間隔の調整は、測定された（または適切に取得された）フィードバックに基づいて実行することができる。例えば、ブロックＳ２２０は、プロペラのＢＰＦの高調波に対応するスペクトル帯域での音響パワースペクトルを検出するステップと（例えば、オンボード音響センサ、地上ベースの音響センサを使用して、ブロックＳ２２５の１つまたは複数の態様に従ってなど）、帯域内のピークパワーが閾値レベル（例えば、閾値ｄＢレベル）より大きいかを判定するステップと、図１０に示すように、帯域内のピークパワーが閾値を下回るまで、１つまたは複数のプロペラ（例えば、フィードバックの測定に使用する音響センサに最も近いプロペラ）のブレード間隔を調整するステップを含み得る。しかしながら、ブレード間隔の調整は、追加的または代替的に、任意の他の適切な基準で、飛行に関連する任意の適切な時間に実行することができる（例えば、温度、湿度などの状況または環境特性に基づく飛行前モデリングで）。いくつかの態様では、ブレードの間隔は固定であってもよく、ブロックＳ２２０はブレード間隔の調整を省略することができる。
［００７８］ブロックＳ２２０は、１つまたは複数のプロペラによって放出される音響シグネチャの音響心理学的ペナルティを低減するように機能し得る、１つまたは複数のプロペラの位相（例えば、相対方位角位置）をシフトおよび／または正確に制御するステップを含み得る。例えば、ブロックＳ２２０は、プロペラのブレードの方位角位置間の位相差を最大化するために、プロペラのセットのそれぞれの相対位相をシフトするステップを含み得る（例えば、図１１に示すように、２つの３枚ブレードプロペラ間に６０°の相対位相シフトを設定する）。これにより、プロペラのセットに対して固定の場所で聴取者が受ける、プロペラのセットによって生成される可聴音の知覚を変更し、音の音響心理学的ペナルティを減らすことができる。
［００７９］（例えば、第３章で前述したように）可変ブレード間隔が複数の同軸プロペラによって達成される態様では、ブロックＳ２２０は、回転中の同軸プロペラ間の位相シフトを維持および／または変更するステップを含み得る。例えば、少なくとも１つの推進アセンブリの複数のブレードが、第１のプロペラと同軸の第２のプロペラによってさらに規定される場合、ブロックＳ２２０は、第１のプロペラと第２のプロペラを同じ方向に回転させて推力を生成するステップを含み、ここで第１のプロペラと第２のプロペラの回転中に、第１のプロペラは第２のプロペラから方位角位相がシフトしている。この方位角位相シフトは、ブロックＳ２２０の機能と合致して、動作中に動的および／または自動的に変化させることができる（例えば、ブロックＳ２２０は、音響シグネチャデータ、コマンド命令などに基づいて方位角位相シフトを調整するステップを含む）。
［００８０］変形例では、ブロックＳ２２０は、推力分布を調整するために推進アセンブリを制御するステップを含み得る。この推力分布は、コマンド目標（例えば、特定の乗物操縦）を達成しながら、同時に音響出力制約（例えば、ブロックＳ２２５の１つまたは複数の態様のように測定された音響シグネチャデータに対してとられる）を満たすように調整することができる。例えばブロックＳ２２０は、オンボード制御システムでコマンド命令を受信することに応答して、音響シグネチャデータに基づいて推力分布を変調するステップを含み得る。
４．３ 音響シグネチャを特定するステップＳ２２５
［００８１］方法２００は、推進アセンブリの音響シグネチャを特定するステップを有するブロックＳ２２５を含み得る。ブロックＳ２２５は、方法２００の他のブロックで使用するための音響メトリックを提供するように機能する（例えば、ブロックＳ２２０の１つまたは複数の態様へのフィードバック入力として）。ブロックＳ２２５はまた、乗物の音響出力に関する情報を乗物オペレータ（例えば、航空機に搭乗しているパイロット、遠隔遠隔操作者など）に提供するように機能し得る（例えば、地理的領域に関する音響条例に従って乗物の動作を制御するため、異常な音響シグネチャや騒音がないか乗物の動作をモニタリングするためなど）。
［００８２］ブロックＳ２２５は、音響センサを使用して音響シグネチャを測定するステップを含むことができ、その場合に実質的に上記第３章で説明したように、ブロックＳ２２５は好ましくは音響センサで少なくとも部分的に実行されるが、追加的または代替的に、任意の他の適切なセンサまたは機構（例えば、人間の観察者の音の知覚を記録するためのユーザ入力デバイス）を使用して実行してもよい。センサは、航空機センサ（例えば、音響センサが航空機に配置され結合されている）、地上センサ（例えば、音響センサが地上ベースの設備要素に配置されている）、および／または他の任意の適切なセンサまたはセンサの組み合わせであり得る（例えば、１のサブセットが地上センサであり、別のサブセットが航空機センサであるセンサセット）。
［００８３］ブロックＳ２２５は、追加的または代替的に、航空機の音響モデルを利用して音響シグネチャデータを特定するステップを含み得る。音響モデルは、好ましくは、航空機の推進アセンブリの動作状態（例えば、ＲＰＭ、ブレードピッチ、ブレード間隔など）の関数として航空機によって出力される音響シグネチャを記述するものである。音響モデルは、予め規定されてもよいし（例えば、シミュレートされた音響出力に基づくか、経験的な測定値に基づくなど）、動的に決定してもよく（例えば、オンライントレーニング方法を使用して更新する、通常動作中に収集された音響測定値に対して検証するなど）、あるいは他の方法で適切に特定してもよい。
［００８４］変形例では、ブロックＳ２２５は、オンボード制御システムで（例えば、音響シグネチャデータを測定する）音響センサから音響シグネチャデータを受信するステップを含むことができ、この方法は、ブロックＳ２２０の変形として音響シグネチャデータに基づいて複数の推進アセンブリのうちの少なくとも１つの回転周波数を調整することを含み得る。例えば、音響シグネチャデータは、閾値よりも大きい音響出力の諧調の度合を示すことができ、ブロックＳ２２０は、この諧調を閾値以下に低減するために、複数の推進アセンブリのそれぞれのＲＰＭ値の拡散を自動的に増大させるステップを含み得る。
［００８５］上記の方法２００およびそのブロックの変形例では、単一の推進アセンブリに関して説明した任意のブロック（例えば、ブロックＳ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２２５など）の態様を、複数の推進アセンブリに適用することができる。例えば、非対称ブレード間隔を有するプロペラを具える推進アセンブリを提供するステップを含むブロックＳ２１０の変形例は、各プロペラが非対称ブレード間隔（例えば、複数のロータにわたり同等に非対称なブレード間隔、複数のプロペラのそれぞれについて非対称ブレード間隔パターンが異なるなど）を規定する複数の推進アセンブリを提供することを含み得る。しかしながら、単一のプロペラまたは推進アセンブリに関連して説明されたブロックの態様は、他の方法で複数の推進アセンブリに適切に適用してもよい。
４．４ さらなる実施例－方法
［００８６］特定の実施例において、方法２００は、複数の推進アセンブリを提供するステップを含み、ここで複数の推進アセンブリのそれぞれは、モータと、少なくとも第１のプロペラによって規定される複数のブレードとを具える。この実施例では、方法は、航空機の複数の推進アセンブリを制御して推力を生成するステップを含み、この推力が推力生成の副産物として音響シグネチャを生成する。したがって、複数の推進アセンブリは、推力分布（例えば、航空機にかかる力とモーメントのセットを規定するための航空機周りの推力の幾何分布）に加えて、音響パワー分布（例えば、周波数の関数としての音響パワーの分布）を規定する音響シグネチャを生成する。この実施例において、方法は、オンボード制御システムで（例えば、航空機の音響シグネチャを示す）音響シグネチャデータを特定するステップと、音響シグネチャデータに基づいて異なる周波数で複数の推進アセンブリのそれぞれを回転させて、同時に推力分布を実質的に維持しながら、音響シグネチャの音響パワー分布を変調するステップとを含む。音響出力分布を変更しながら推力分布を維持するステップは、プロペラの複数のブレードのブレードピッチを変更することを含み得る（例えば、回転周波数の減少または増加に比例して、ブレードの迎え角をそれぞれ増大または減少させる）。別の実施例では、方法は、音響パワー分布を変調するために推力分布を変更できるようにすることを含み得る（例えば、音響シグネチャの心理音響ペナルティを低減する副産物で航空機に意図的にモーメントまたは正味の力を作り出す）。
［００８７］別の特定の実施例では、方法２００は、６つの推進アセンブリのセットを提供するステップであって、６つの推進アセンブリのそれぞれのプロペラは、非対称に間隔が空けられ、各プロペラは、５つのブレード間間隔値によって離てられた５つのブレードを含み、当該５つの値は対称間隔角度からのずれが５°未満である、ステップと、複数の推進アセンブリを制御して、公称ＲＰＭ値のずれが５％以下である範囲のＲＰＭ値で複数のうちの各プロペラを回転させるステップであって、この公称ＲＰＭ値は、推進アセンブリの所望の推力出力に基づいて決定され、ＲＰＭ値の範囲の各値は、そのＲＰＭ値で所望の推力出力を達成するために、調整されたピッチ角度と組み合わせて決定される、ステップとを含む。図１２は、この方法の例に従って生成された音響シグネチャの周波数スペクトルの例を示し、非対称に間隔を空けたブレードを具える６つの推進アセンブリが、放出音響シグネチャの心理音響ペナルティを低減するためにある範囲のＲＰＭ値で動作する（例えば、音響スペクトルの諧調を下げることによって）。
［００８８］好ましい実施形態のシステムおよび方法、ならびにその変形例は、コンピュータ可読命令を格納するコンピュータ可読媒体を受容するように構成された装置として少なくとも部分的に実施および／または実装することができる。命令は、好ましくは、システムおよびその１つまたは複数のコンポーネントと統合されることが好ましいコンピュータ実行可能コンポーネントによって実行される。コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、光学デバイス（ＣＤまたはＤＶＤ）、ハードドライブ、フロッピードライブ、または任意の適切なデバイスなど、任意の適切なコンピュータ可読媒体に格納され得る。コンピュータ実行可能コンポーネントは、好ましくは一般的またはアプリケーション固有のプロセッサであるが、任意の適切な専用ハードウェアまたはハードウェア／ファームウェアの組み合わせデバイスが、代替的または追加的に命令を実行するようにしてもよい。
［００８９］簡潔のために省略されているが、好ましい実施形態は、様々なシステム構成要素のあらゆる組み合わせおよび順列、ならびに様々な方法ブロックのあらゆる組み合わせおよび順序を含み、これらは任意の適切な順列または組み合わせで組み合わせることができ、および／または好ましい実施形態の態様から全体または一部を省略することができる。
［００９０］当業者は、上記の詳細な説明および図面および特許請求の範囲から理解するように、以下の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の好ましい実施形態に修正および変更を加えることができる。

Claims (9)

  1. 航空機から放出される音響ノイズの音響心理学的ペナルティを低減するためのシステムにおいて、
    ・前記航空機に連結された複数の推進アセンブリであって、当該複数の推進アセンブリの各々が前記航空機の異なる位置に連結されており、それぞれが、
    モータと、
    少なくとも第１のプロペラで規定される複数のブレードとを具え、当該第１のプロペラは前記モータに連結され、ある回転周波数で回転し、前記複数のブレードは非対称のブレード間隔を規定する、複数の推進アセンブリと、
    ・前記航空機に連結され、前記複数の推進アセンブリのそれぞれのモータに通信可能に結合された制御サブシステムであって、前記複数の推進アセンブリのそれぞれの第１のプロペラの回転周波数を異なる周波数で制御して、所望の推力分布を維持しながら音響シグネチャの音響パワー分布を変調するように動作可能である制御サブシステムと、
    を具えることを特徴とするシステム。
  2. 前記複数の推進アセンブリのそれぞれの前記複数のブレードの非対称ブレード間隔が同一である、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記複数の推進アセンブリのそれぞれの第１のプロペラが正確に５つのブレードを規定する、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記複数の推進アセンブリの少なくとも１つの複数のブレードの非対称ブレード間隔が、約６８．５°の第１のブレード間角度、約７６．３°の第２のブレード間角度、約６８．５°の第３のブレード間角度、約７３．３°の第４のブレード間角度、および約７３．４°の第５のブレード間角度を含む、請求項３に記載のシステム。
  5. 少なくとも１つの前記推進アセンブリの複数のブレードが、前記第１のプロペラと同軸の第２のプロペラによってさらに規定され、前記第１のプロペラおよび第２のプロペラが動作中に同じ方向に回転し、動作中に前記第１のプロペラが前記第２のプロペラから方位角位相シフトされる、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記第１のプロペラは、前記複数のブレードのうち正確に２つのブレードを規定し、前記第２のプロペラは、前記複数のブレードのうち正確に２つのブレードを規定する、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記第１のプロペラと前記第２のプロペラとの間の方位角位相シフトは、音響出力シグネチャに基づいて、動作中に前記制御サブシステムによって動的に制御される、請求項５に記載のシステム。
  8. 各プロペラの非対称のブレード間隔が、動作中に前記制御サブシステムによって独立して調整可能である、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記所望の推力分布を維持することが、それぞれの回転周波数に基づいて、前記複数の推進アセンブリのそれぞれのピッチ角度を調整することを含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
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