JPH04500401A - 遮音板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 □ 本発明は、遮音板に関し、特に環状もしくは円筒状形状の遮音板に関するもので ある。さらに本発明は、ジェットエンジンのダクトもしくは囲い板の内面に特に 好適なタイプで幅広い帯域にわたる高性能な遮音壁に関するものである。

多くの明細書において、遮音壁は機械または装置によって発生する騒音を弱める ために用いられている。例えば、ジェットエンジンはほとんど例外なくエンジン の内側で発生する音波を弱めるため吸音板または吸音壁を用いている。

ジェットエンジンに通常用いられる吸音板には、音波透過性の表面シート、音波 が透過しない裏面シートおよびこれらの２枚のシートに挟まれた蜂の巣状の芯材 とから構成される。このような装置は、通常薄板状の吸収装置に関するものであ り、このような吸収装置の一例は米国特許Ｎｏ、３，１６６．１４９号明細書に 開示されている。

これらの従来の遮音板は、シンプルで強く軽量であり、これまでは許容しうる結 果が得られていた。しかしながら、ジェットエンジンにより発生する騒音の総量 および水準に関する政府の規制はより厳しくなっている。従って、多くの従来形 式のジェットエンジンにおいて、従来の薄板状の音波吸収材を用いてこれらのよ り厳しい騒音規制に対応することは極めて困難となっている。この基本的な理由 は、大抵の薄板状の吸音材が、ある分散した周波数のみ効果的に吸収することが でき、この分散した周波数の間の帯域においては吸収性が極めて低い水準となる 点にある。

薄板状の吸音板が効果的に音波を減することができる周波数の帯域を幅広くする 種々の試みがなされた。しかしながら、これまではこれらの試みは、いかなる商 業的に成り立つデザインも得られなかった。例えば、幅広い音波吸収特性は、音 透過性の複数の薄板と蜂の巣状の芯材とからなる吸収板により与えられ、これら の一般的な従来の装置の例は米国特許３，４３９，７７４号、３，６４０，３５ ７号および３，６７０，８４３号明細書に記載されている。しかしながら、これ らの従来の幅広い帯域の遮音板は、かさ高くかつ重いもので、かつ商業ベースに のる方法での製造は困難であった。薄板状の吸音板の騒音を効果的に減少させる 周波数のレンジを増加させる別のアプローチとしては、蜂の巣構造の構成または 形の変形によるものも含まれるにのようなアプローチの例は、米国特許４，４２ １，２０１号、３，９１３，７０２号および３，８３１，７１０号明細書に記載 されている。これらの例は、結果的には複合的な蜂の巣構造となり、製造するこ とが困難でありかつ高価となってしまうものである。

本発明は、内側の円筒を形成する音波透過性の内面板と、この内面板の外側に形 成された音波非透過性の外面板とからなり、この外面板と内面板との間は空間を 有し、円筒形のチャンバーが形成され、この円筒形のチャンバー内には、芯材が 内面板と外面板との間に収納されており、この芯材は内面板を囲むように正弦波 形状に形成され、幅広いレンジの周波数の音波を減少させるための種々の肉厚を 有する多数の音波吸収チャンバーが形成されてなる遮音板に関するものである。

また、本発明は、エンジンの軸方向に円筒状に延びる囲い板（シュラウド）と、 この囲い板の内側に回転自在に設けられたファンと、コンプレッサーと、囲い板 肉に収納されたタービンと、エンジンによりう発生する音波を減少させ°るため 、エンジンの軸の周囲に円筒状に延びる遮音板とを具備するジェットエンジンで あって、前記遮音板はエンジン軸の周囲を完全に囲う円筒状の音波透過性の内面 板と、エンジン軸の周囲を完全に囲う音波非透過性の外面板とからなり、同心で かつ半径方向に内面板から空間が保たれ、そして芯材は内面板と外面板の間に収 納され、エンジン軸の周囲を完全に囲う円筒状に伸びた正弦波の形状を有し、幅 広いレンジの周波数の音波を減少させるための種々の肉厚を有する多数の音波吸 収チャンバーが形成されてなる遮音板とからなるジェットエンジンに関するもの である。

好ましくは、多数の蜂の巣構造がさらに音波を減少させるために吸音チャンバー に設けられてもよい。これらの蜂の巣構造の各々は、芯材と内面板との間に収納 され半径方向に延びている。また、好ましくはさらに音波を減少させるため、遮 音板の外側のチャンバーに位置し、それを完全に満たすような体積（ｂｕｌｋ） 吸音材を用いてもよい。

添付した図面中、図１は本発明を用いた遮音板を含むガスタービンエンジンを示 すものであるや 図２は遮音板の一例を示す正面図である。

図３は遮音板の一部を拡大して示した正面図である。

図４は遮音板の芯材の部分を拡大して示したもので、特にそれらの薄板構造を示 すものである。

図５は図４に示す芯材の部分を部分的に種々の層と共に示す平面図である。

図６は図３に近似しているが、遮音板の内側の体積吸音材料示すものである。

図７もまた図３に近似しているが、遮音板の内側に保持された蜂の巣構造を示す ものである。

図８は図７の８−８線にて断面視した蜂の巣構造を示すものである。

図９は図２に近似しており、遮音板は、その大部分のがいかに構成されているか を示すものである。

図１は、一般に囲い板もしくはダクト１２、ファン１４、コンプレッサー１６、 タービン２０および遮音板２２及び２４とからなるジェットエンジン１０の外観 を示したものである。一般的には、空気は入口２６から回転ファン１４によりエ ンジン１０内に吸い込まれる。この空気は、コンプレッサー１６によって圧縮さ れ、さらに燃料の燃焼により燃焼チャンバー内で加熱される・加熱された空気は 、タービンタービン２０を通って膨張し、このタービンの回転はファン１４およ びコンプレッサー１６の回転に用いられる。そして加熱され膨張した空気は、出 ０３０を通ってエンジンから放出される。この放出された空気は、入口２６から エンジン内に流入した空気よりも大きな体積を有しており、これにより必要な推 力が得られる。囲い板１２、ファン１４、コンプレッサー１６およびタービン２ ０は、一般的な構成であり、一般的な使用方法で操作されることが好ましいもの である。したがって、ここではこれらについてはこれ以上記載しない。

エンジン１０の操作方法において、重要な音波は、エンジンの前方及び後方の両 方の部分から発生する。エンジンの前方部分において音波は、最初に回転ファン １４によって発生する。これらの音波の代表的な周波数は、比較的狭し）範囲の 帯域である。すなわちファン１４の回転数によって原則的に決定される帯域を中 心とする周波数である。エンジンの後方にて発生する音波は、コンプレッサー１ ６、タービン２０、およびエンジンのこの区域を通過する高速の空気の動きによ り発生する。そして代表的なこれらの音波の周波数は、かなり不規則に比較的広 い帯域に分散する。

遮音板２２は、エンジン１０のこの部分で発生する音波を減少させるため、エン ジン１０の前方に配置される。また、遮音板２４は、エンジン１０の後方で発生 ずる音波を減少させるため、エンジン１０の後方に配置される・好ましくは、図 １に示すように遮音板２２は、入口２６に隣接した位置からファン１４の前方に 近接した位置まで延長されており、遮音板２４が出口３０の近傍からエンジンの 空気流ガイド３２の周囲の位置まで延長されていることである。

遮音板２２および２４は一般的には同一のものを用い、従って遮音板２２のみ図 ２及び図３に詳細に示し、これについて以下に詳細に説明する。

遮音板２２は、内面板３４、外面板３６および芯材４０を含むものである。

一般に１通常表面シートと関連する内面板３４は、音波透過性であり、内面の円 筒を形成するものである。また、外面板３６は、通常裏面板に関するもので、Ｋ 波不透過性であることが好ましく、内面板から一定の空間をおいてそれを囲うよ うに延びる２番［１の円筒を形成している。従って、内面板および外面板は、そ れらの間に円筒状のチャンバーを形成する。芯材４０はこの円筒状のチャンバー 内、すなわち内面板３４と外面板３６との開に収納される。芯材４０は、内面板 の周囲に円筒状に形成され、かつ正弦波形状に形成され、これにより。

この内面板と芯材は、広い範囲の周波数の音波減少させるのに有効な種々の肉厚 を有する音吸収チャンバ−４２を多数形成する。特に、各々のチャンバー４′− ′各々の位置において、音波は−またはそれ以」二の周ｅ数帯域で減少させられ る。この周波数帯域は、その点における汁吸収帯の径方向の肉厚により−Ｃ決定 される特定の周波数を中心とするものである。各々のチャンバー４２の肉厚は大 きく変化するため、それぞれのチャンバーは、比較的広い範囲の帯域で音波を減 少させることができる。

図２に示される遮音壁２２の好ましい実施例において、内面板３４と外面板３６ とは両方とも実質的に環状で、内面板は外面板と同心でその内側に位置する。さ らには、この好ましい遮音壁２２と共に、芯材４０は、同一の波長を有し、その 周全面を覆う。芯材の波の内側ピークもしくはエツジは、内面板と連結され、ま た波の外側のピークもしくはエツジは、外面板と連結されている。

加えて、遮音壁２２は、実質的に円筒状形状をなし、内側板は実質的に同一の半 径ｒ、をその全長にわたって有し、外側板は、同一の半径ｒ２をその全長にわた って有する。さらに、芯材４０の形状は、実質的に軸方向に同一であるので、音 波吸収チャンバーは、遮音板の全体の長さに沿って延びている。

内面板３４は、金属、プラスチック、セラミック、またはその他の好ましし１材 料により形成され、例えば、内面板は−・枚の個々に小孔が形成された金属のシ ートから構成され、このような金属シートと、多孔性の繊維からなる層との組み 合せ、ワイヤーメツシュと結合した多孔質の編み合わせ材料等である・遮音板の 使用される周囲の環境によっては、内面板の内周壁に防錆コートすることが好ま しい。外周板３６もまた、金属、プラスチック、セラミック、またはその他の好 ましい材料により形成される。例えば、外周板は固体のアルミニウム板から構成 される。

芯材４０は、例えばプラスチック、紙、金属、セラミック、編み込み構造の材料 等の好ましい材料から構成され、例えば、芯材は、サイン曲線に曲げられて形成 さた平面のアルミニウムシートから構成される。図２および図３に記載された遮 音壁２２の具体例において、芯材は音を透過しない材料から構成されるが、以下 に説明するように、音道過性の材料から形成されてもよい。

図４及び図５は芯材の好ましい構造の一例を示すものである。この芯材は、カー ボンファイバー４４で補強されたエポキシ樹脂により順番に構成される複合材料 である複数の層４０ａ−ｅから構成されている。各層４０ａ−ｅのファイバーは 、特別な方向に沿っている。全ての方向に高い強度を有する複合材料を得るため に、種々の異なる方向に沿ったファイノく−を有する異なる層と隣合うように個 々の層は配置されている。例えば、芯材４０の個々の層４０ａ−ｅは、好ましい す、イン曲線で形成され、芯材な形成するように互いに位置する・図４および図 ５に５つの個々の層が記載されているが、実際には例えば１０層程度のより多い 層から芯材４０が形成される、二とが好ましい。

５Ｒ４０は、内面板３４と外面板３６との間の環状のチャンバー内に好ましい方 法にて配置されるが、好ましくは、芯材の半径方向内側のピークもしくはエツジ が内面板３４に隣接し７、固定されている。また芯材の半径方向外側のピークも 【、２くはエツジは外面板３６に隣接し、外側板３６に固定される。芯材を固定 する好ましい方法は、芯材が形成されている材料による。例えば、カーボンファ イバーに補強されたエポキシ樹脂から芯材が形成される場合、芯材の内側および 外側のエツジがそれぞれ接着により固定される。芯材がアルミニウムにより形成 されている場合は、ボルトによるか、溶接によるか機械的な連結により遮蔽板２ ２の内側板および外側板との連結がなされる。遮音板の音減少特性の改良のため 図２および図３に示す遮音板２２の基本構造について種々の変更が可能である。

例えば、図６に示すように、芯材４０が音道過性材料にて形成され、外面板３６ と芯材とから形成されるチャンバー４６に体積（ｂｕｌｋ）吸音材５０が充填さ れたものである。この場合、遮音板２２のチャンバー４２とチャンバー４６の両 方は音波の減少のために用いられる。この場合いかなる体積（ｂｕｌｋ）吸１料 も用いることができ、例えば商品名ケブラーで示されるタイプの材料等が用いら れる。

そのほか、図７および図８に示すように、音吸収チャンバーが、蜂の具構造で満 たされていてもよい。好ましくは、各層の具構造５２の壁５４が、芯材４０と内 面板３４との間に半径方向に完全に延びており、モして谷溝４２は各々蜂の具構 造で満たされている。これらの構造は、好ましくはまず遮音板２２の内部を通っ て軸方向の音波の動きを禁止もしくは阻害し、また遮音板を軸方向または半径方 向に補強するものである。蜂の具構造５２は、通常用いられるいかなる構造もし くは材料を用いてもよい。例えば、１７７８から１／２インチの範囲のセルサイ ズを有するものが用いられる。蜂の具構造５２は、芯材４０および内面板３４の 両方に固定されていることが好ましく、この固定は例えば接着等の好ましい方法 にてなされる。さらに、もし必要であれば、芯材４０によって形成されるサイン 曲線の波長を芯材の円周にわたって変更することもできる６例えば、この波長は 芯材の一部では比較的短いものとし、他の一部では長くするといった場合等であ る。

前述したように、遮音板２４は、実質的に遮音板２２と同一である。これらの遮 音板間において基本的に異なる点は、例えば芯材４０の半径方向の肉厚・芯材の サイン曲線の波長および遮蔽板の構成要素の特定の材料などの種々のパラメータ に関するものである。当業者にとって良く知られているように、これらのパラメ ータは、遮音板の用い方、特に遮音板に要求されるおと減少特性を達成するのを 助ける用い方にによってそれぞれの遮音板において選択されるものである。

遮音板２２は、好ま１２い方法によってエンジンに組み付けられ、固定される。

図９によれば、好ましい方法の一例として、遮音板は、三つのセクション２２ａ 、ｂ、ｃからなり、分割可能であり、エンジン１０中の取付位置において互いに 連結される。これらの遮音板の部分の各々は、これらの部分が連結した場合に、 それらが図２に示すような完全な遮音板を形成するように内面板３４、外面板３ ６および芯材４０の一部に関連する部分を含む。これらの遮音板の部分は、ジェ ットエンジン１０内に固定され、例えばボルト締めや機械的な連結方法よる連結 または溶接等の方法により互いに連結される。

遮音材２２の原理的に有利な点は、比較的シンプルであり、工業生産されたもの が高価でない点にある。詳しく説明すると、遮音板の各々の部分２２ａ・ｂ、ｃ が、芯材４０の部分を形成するためのサイン曲線の要求からアルミニウムもしく はその他の好ましい材料のシートの簡単な形状からなり、そして内側および外側 板の部分の間にこのサイン曲線形状を配置することにより形成される。この製造 方法は、特別な切断を必要とするものでなく、またノツチングやさらなる芯材の 加工も必要とされず、したがって費用がかからず時間も浪費しない・同時に、こ の技術は、複数の深さの変化する吸収チャンノ（−を提供する。

さらに、この工業的製造方法は、遮音板２２０種々のパラメータの限定をほとん どしない。例えば、芯材の半径方向の肉厚、芯材や内面板３４の特定の材料など のパラメータであり、変化の多い幅広い周波数のレンジの音波を効果的に減少さ せる異なる遮音板の組立にも用いることができるように、音吸収特性の変化させ ることができる。

上述したように、遮音板２２と２４は、ジェットエンジンの入口および出口に取 り付けられる。当業者に周知なように、本発明の吸音板は、遮音が要求されるジ ェットエンジンの他のパーツにも同様に用いられる。むＬ７ろ、この発明ハシエ ツトエンジンに限定されるものでなく、ガスの流れるダクトや、汁の発生する場 所等にも適用されるものである。

ここで開示されている発明は、従来の問題を十分に解決するものであり、当業者 にとって周知である多くの変化や実施例も含むことは明かである。現在の発明の ［１的および思想に含まれる全ての実施例や変更例は、本発明に含まれるもので ある。

ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、　５ 国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．最初の閉環を形成する音透過性の内面板と、最初の閉環の周囲に延び、その 外側に位置する二番目の閉環を形成する音不透過性の外面板と、この内面板と外 面板との間の空間に形成された環状のチャンバーと、外面板と内面板との間の環 状のチャンバー内に固定された芯材であって、内面板の周囲に環状に伸びる正弦 波形状の芯材と、前記芯材と内面板との間隙であって、幅広い帯域の周波数の音 波を減少させる複数の肉厚の変化する間隙である音波吸収チャンバーとを具備す ることを特徴とする遮音板。
2. ２．前記芯材が、カーボンファイバで補強された複数の層を含み、さらに各層の ファイバがそれぞれ一つの方向に沿っていることを特徴とする請求項１記載の遮 音板。
3. ３．軸を決定する閉環状のチャンバーと、複数の内側および外側の軸方向に延び るエッジを形成する芯材とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の 遮音板。
4. ４．前記芯材の内側のエッジが前記内面板に隣接しておりさらにそれに沿って軸 方向に延び、また前記芯材の外側のエッジが前記外面板に隣接しておりさらにそ れに沿って軸方向に延びることを特徴とする請求項３記載の遮音壁。
5. ５．前記芯材の内側のエッジが前記内面板に固定され、前記芯材の外側のエッジ が前記外面板に固定されていることを特徴とする請求項３または４記載の遮音壁 。
6. ６．前記芯材の内側のエッジが前記内面板に接着により固定されており、前記芯 材の外側のエッジが前記外面板に接着により固定されていることを特徴とする請 求項５記載の遮音壁。
7. ７．さらに音波を減少させるために、前記音波吸収チャンバー内に複数の峰の巣 構造を配置することを特徴とする請求項１〜６の内のいずれか一つの請求項に記 載の遮音壁。
8. ８．前記それぞれの蜂の巣構造が内面板と芯材との間に半径方向に完全に延び、 さらにそれぞれの蜂の巣構造が内面板と芯材との両方に固定されていることを特 徴とする請求項８記載の遮音壁。
9. ９．さらに音波を減少させるために、外側のチャンバー内に体積音吸収材を配置 することを特徴とする請求項１〜８の内のいずれか一つの請求項に記載の遮音壁 。
10. １０．体積音吸収材が外側チャンバー内に完全に充填されていることを特徴とす る請求項９記載の遮音壁。
11. １１．エンジンの軸により決定される軸方向および周方向に延びる囲い板と、囲 い板内側に収納される回転可能なファンと、囲い板内に固定されるコンプレッサ ーおよびタービンと、エンジン内で発生する音波を減少させるためエンジンの周 囲に円周状に延びる遮音板とを具備するジェットエンジンであって、前記遮音板 は、エンジンの軸の周囲に円周状に完全に延びる音透過性の内面板と、内面板と 同心でかつ内面板から半径方向に空間を有し、エンジン軸の周囲に円周状に完全 に延びる音不透過性の外面板と、内面板と外面板との間に固定され、エンジン軸 の周囲に円周状に完全に延び、正弦波形状をを有する芯材と、前記芯材と内面板 との間隙で、幅広い帯域の周波数の音波を減少させる複数の肉厚の変化により形 成される音波吸収チャンバーとを有することを特徴とするジェットエンジン。
12. １２．前記芯材が金属シートから形成され、かつ音不透過性であることを特徴と する請求項１１記載のジェットエンジン。
13. １３．前記芯材が複数の内側と外側の軸方向に延びるエッジを有し、この内側の エッジが内面板に固定され、外側のエッジが外面板に固定されることを特徴とす る請求項１１記載のジェットエンジン。
14. １４．前記芯材が、音不透過性であり、かつカーボンファイバーで補強された複 数の層により構成されることを特徴とする請求項１１、１２または１３の内の１ の請求項に記載のジェットエンジン。
15. １５．さらに音波を減少させるために、前記音波吸収チャンバー内に複数の蜂の 巣構造を配置することを特徴とする請求項１１〜１４の内のいずれか一つの請求 項に記載のジェットエンジン。
16. １６．前記それぞれの蜂の巣構造が内面板と芯材との間に半径方向に完全に延び 、さらにそれぞれの蜂の巣構造が内面板と芯材との両方に固定されていることを 特徴とする請求項１５記載のジェットエンジン。
17. １７．さらに音波を減少させるために、外側のチャンバー内に体積音吸収材を配 置することを特徴とする請求項１１〜１６の内のいずれか一つの請求項に記載の ジェットエンジン。