JPH0526762A

JPH0526762A - 低騒音風洞用ノズル

Info

Publication number: JPH0526762A
Application number: JP3178122A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Maruta; 芳幸丸田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1993-02-02
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JP2641186B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ノズルの流出気流から生じる噴流騒音と渦放
出音の両者を有効に低減する。【構成】ノズル吹出し口近傍の内壁面に流れの境界層
制御機構を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計測部へ低騒音の気流
を通過させる風洞装置に用いられ、気流の流出に伴って
発生する騒音を更に低減することが出来る低騒音風洞用
ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】気流源の送風機や圧縮機の発生騒音を低
減した低騒音風洞は、計測部気流中の供試対象部体から
発生する空力音を物体の空力特性と併せて計測できる風
洞であり、今後ますます利用量が増えてゆく風洞であ
る。

【０００３】ノズルとベルマウス部との間の開放空間に
計測部を有するオープン形或いはセミオープン形の風洞
や、開放空間へ直接気流を吹き出す型の風洞では、計測
部に発生する騒音の主要成分はノズルからの渦放出音や
噴流騒音である。

【０００４】第１０図は、その様な風洞で用いられる風
洞用ノズル１１から噴出する噴流の状態を示している。
そして、ノズル１１から噴出する噴流１は、供試対象物
の試験に用いる主流（コア流れ）領域２、その下流に生
ずる乱流混合領域３及びこれらの周囲を囲む剪断流領域
４とから構成されている。

【０００５】この剪断流領域４は、ノズル先端部すなわ
ち吹出し口５から放出された渦（第１０図では図示せ
ず）、及び主流領域２とその周囲に存在する静止流体と
の速度差に基づく運動量の不安定、等から発生するもの
である。この内部では局所流速や圧力が大きく変動して
いるため、剪断流領域４はその周囲へ噴流騒音（符号６
で示す）を発生する。また、ノズル１１の内面における
境界層に起因する渦がノズル先端部５から放出されるの
で、渦放出に基づく音（符号７で示す）がノズルの周囲
に放射されて騒音の原因となる。流出気流騒音の発生源
としては、これらの他に下流側の乱流領域からの発生騒
音が存在するが、風洞用ノズルからの流出気流騒音とし
て計測に大きく影響する音は、前記の噴流騒音６と渦放
出音７とである。

【０００６】従来の低騒音風洞は、気流源の送風機や圧
縮機の発生音を低減するだけで、風洞計測部で発生して
いるノズルからの流出気流騒音に対しては、有効な低減
技術が何もなされていなかった。剪断流からの噴流騒音
６及び渦放出音７を防止することができれば、風洞計測
部の流出気流騒音を大巾に低減することが可能になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は、低騒音風洞を更に静かな価値のあるものにするため
の有効なノズルの流出気流騒音低減技術は提供されてい
なかった。

【０００８】例えば、２重ノズルを用いて同軸二重噴流
を形成すれば噴流騒音６が低減される旨は当業者に良く
知られているが、副噴流を与えるための複雑な装置や配
管系が不可欠であるという問題が存在する。

【０００９】また、ノズル１１の先端部に噴流騒音防止
作用を奏する特別なアダプタを付加することも提案され
ているが、該アダプタ自体が高周波成分の気流騒音（風
切り音）を発生してしまうという問題があった。

【００１０】さらに、高速噴流の場合にはノズル先端か
らの渦放出音７は噴流騒音６に比較して小さくて目立た
ないため、この渦放出音７に対する防止技術は噴流騒音
６に対する技術に比較して研究がされていない。従って
噴流騒音６を低減する技術を研究すればする程、ノズル
先端からの渦放出音７が騒音源として将来的にクローズ
アップされてしまうのである。

【００１１】本発明は上記した従来技術の各種問題に鑑
みて提案されたもので、ノズルの流出気流から生ずる噴
流騒音と渦放出音の両者を有効に低減することが出来る
低騒音風洞用ノズルの提供を目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】発明者は種々研究及び検
討の結果、次のことを見出だした。

【００１３】噴流騒音の大きさは噴流周囲の剪断流の強
さ（流速の変化率）に依存し、この剪断流の強さはノズ
ル内面の境界層の状態に影響を受けている。そして、こ
の境界層においては、層流境界層は乱流境界層に比較し
て周方向に同時性がある剪断流をつくり易い性質があ
り、且つ同時性がある渦放出についても乱流境界層より
も行い易いという性質がある。

【００１４】従って、ノズル内面の境界層を乱流境界層
にしてしまうこと、周方向の境界層の厚さを非一様にす
ることにより、境界層内の周方向の同時性を弱め、或い
は境界層を（主流に大きな影響を与えない範囲で）厚く
することにより、剪断流の強さを弱め、剪断流に基づく
噴流騒音６や渦放出騒音７を低減することが可能とな
る。このような現象を実現するためには、図１１に示す
ノズル１１の主要部分である縮流ダクト１２の下流側に
付く直ダクト１３の長さＬを長くすることが一般的であ
る。この直ダクト１３の長さＬを変えたときにノズル周
囲に発生する騒音が変化する様子を実験的に確認した結
果が図１２である。ノズル口径をＤとし、この図では横
軸に長さＬと口径Ｄの比を用い、縦軸に直ダクト無しの
Ｌ＝０の場合の発生騒音レベルをＯｄＢ（Ａ）とした相
対騒音レベルを用い、ノズル流出流速が８０ｍ／ｓと４
０ｍ／ｓの２つの場合の結果を示している。Ｌ＝０から
Ｌが大きくなるに従い、ノズル流出気流発生音が低減し
ていき、Ｌ＝１．５Ｄ〜２．０Ｄの時に最も小さくなっ
て、その後また大きくなる。２．０Ｄより長くなるに従
い発生音が大きくなることはノズル内面の乱流境界層が
大きく強くなって境界層発生騒音が増大するためであ
り、Ｌが０から１．５Ｄまで長くなる過程で発生音が低
下する状況が上述の現象である。しかし、縮流後の直ダ
クトが１．５Ｄ以上も長いようなノズルは、風洞設備の
必要以上の大型化を来たし、実用的ではない。

【００１５】一般的かつ実用的なノズル直ダクトの長さ
であるＬ＝約０．５Ｄのままで、直ダクトが充分に長い
時と同等にノズル流出気流発生音を低減する技術を提案
することが本発明の課題である。

【００１６】また、ノズル内面の境界層を制御する手段
を直接ノズル内面に取付けると、その手段自体が風切り
騒音（剥離流れ騒音）を発生して新たな騒音源になるた
め、直ダクトより上流にある流速が遅い縮流ダクトの内
面に境界層制御機構を設ける手法が良いとする提案があ
る。（本出願人による特願平２−２２８１０７号）。し
かし、この発明は、本発明が解決しようとする課題と同
様な課題を充分に解決できるように一見みなされるが、
実施に当って期待する効果を産むような境界層制御手法
を確定する段階で解明すべき未知の項目が多数残ってお
り、実用化が遅くなる技術と考える。

【００１７】

【発明の原理】本発明は、ノズル吹出し口近傍の直ダク
ト内面の境界層が部分的に乱流境界層へ遷移することを
促進することにより、ノズル先端からの渦放出の周方向
の同時性を微弱化し、またノズル流出気流の剪断流領域
の速度差を小さくすることが可能になる。この結果とし
て、渦放出音が低減され、また、剪断流からの噴流騒音
が低減して、より静かなノズル流出気流を提供すること
が可能になる。下記に述べる本発明の構成を実施するこ
とにより、前述の課題が解決できる。殊に、気流が高速
で制御機構自体からの風切り音が問題になりやすい領域
においても、ノズル内面の境界層を直接制御してさらに
風切り音が殆ど発生しないように構成していることが、
本発明の特記すべき原理の一つである。

【００１８】

【発明の構成】本発明によれば、計測部へ低騒音の気流
を通過させる風洞装置に用いられる風洞用ノズルにおい
て、ノズル吹出し口近傍の内壁面に流れの境界層制御機
構を設けている。

【００１９】本発明の実施に際して、前記低騒音風洞装
置は計測部が開放空間にあるタイプのものでも或いは半
開放空間にあるものでも良い。また、回流式の風洞でも
吹出し式の風洞でも本発明を実施することができる。さ
らにノズル吹出し口断面が円形でも多角形でも良い。

【００２０】前記ノズル吹出し口近傍の直ダクト内面に
設ける境界層制御機構は、内面へ部分的に超音波を照射
したり、音響加振を与えるように構成することが好まし
い。また、ノズル内面を部分的に加熱して境界層内へ熱
エネルギーを部分的に加えて乱流境界層への遷移を促進
するように構成することも好ましい。さらに、直ダクト
内面に流れ方向と平行な縞状の表面粗さが大きい部分が
あり、あるいは風切り音を発しない程度に細い線材状の
突起物を流れ方向と平行に複数本取付けて、乱流境界層
への部分的な遷移を促進するように構成することも好ま
しい。これらに加えて、ノズル直ダクト内面に流れ方向
と平行な複数箇所のスリット状溝あるいは切欠を設けて
乱流境界層への部分的遷移を促進するように構成するこ
とも好ましい。

【００２１】

【発明の作用効果】上記したような構成を有する本発明
の低騒音風洞用ノズルによれば、ノズル吹出し口近傍の
直ダクトの内壁面に設けた境界層制御機構により、ノズ
ル内面の境界層を部分的に乱流境界層にする。また、周
方向の境界層の厚さを非一様にし、短い直ダクトにおい
て境界層の厚さを主流（コア流）に影響を及ぼさない範
囲で強制的に通常よりも厚くすることができる。そして
これにより、境界層内の流体力学的な各因子の周方向の
同時性を弱め、剪断流の強さを弱めることにより、境界
層や剪断流に起因する渦放出音や噴流騒音を低減するこ
とが可能になる。従って、従来は実用的な低減化が困難
であったノズル吹出し口周辺から発生する気流騒音を、
効果的に低減することができるのである。

【００２２】また本発明では、直ダクト内面に設ける境
界層制御機構がそれ自体が風切り音（剥離流れ騒音）を
発生しない構造で構成されるために、高速な気流が通過
する直ダクト部での制御であっても制御機構自体が新た
な騒音源にはならないことを特徴としている。さらにこ
の制御機構は直ダクトへ部分的に設けることが重要であ
るために、ノズル全体の形状を大きく変形することやノ
ズルの寸法が大型化することも殆どなく、２重ノズルや
ノズル上流側での境界層制御のように構造が複雑になる
ことも無い。一般にノズル吹出し口はノズル上流部のダ
クト寸法よりも小さいために、吹出し口の周囲は空間的
に充分な余裕があり、本発明の実施する場合に必要な制
御機構の付加装置類をこの空間に設置できる利点も見逃
せない点の一つである。

【００２３】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００２４】図１において、ノズル１１の吹出し口５の
近傍の直ダクト１３の外面には、境界層制御機構である
超音波振動子１４が、円周等配に少なくとも３個以上
（図示の例では４個２列）が設けられている。なお、超
音波振動子１４は、これに限られるものではなく、直ダ
クト内面に音響加振を与える任意の手段を用いることが
できる。したがって、超音波振動子１４は、自体からの
風切り音の発生がなく、ノズル内面の乱流境界層への部
分的な遷移を音響加振により促進し、境界層内の周方向
の同時性を弱くして渦放出音や噴流騒音を低減する。

【００２５】図２は本発明の別の実施例を示し、境界層
制御機構を、電気ヒータ１５で構成した例である。この
ヒータ１５は、円周等配に少なくとも３個以上（図示の
例では４個）が設けられている。なお、電気ヒータ１５
は、これに限られるものではなく、電磁波、光のビーム
を直ダクト内面に直接照射し、部分的に熱エネルギを供
給する手段を用いることができる。この実施例では、ヒ
ータ１５による部分的な熱エネルギ供給手段自体からの
風切り音の発生がなく、ノズル内面の乱流境界層への部
分的な遷移を熱エネルギの供給により促進し、境界層内
の周方向の同時性を弱くして渦放出音や噴流騒音を低減
する。

【００２６】図３も本発明の別の実施例を示し、境界層
制御機構を、直ダクト１３の内面に流れ方向と平行に円
周等配に少なくとも１０個設けられた縞状の表面粗さが
大きい部分１６で構成した例である。この部分１６の長
さＫ１は、直ダクト１３の長さＬの１／５〜１／２の範
囲であり、部分１６の後端は吹出し口５と一致してい
る。また、部分１６の巾ｂ１は、ノズル口径Ｄの１／２
０以下である。この部分１６の形成する方法としては、
直ダクト１３の内面を表面処理する方法、内面を塗装処
理する方法、内面に金網、パンチングメタル、布ヤスリ
又は表面加工した合成樹脂フィルムなどを貼り付ける方
法などが用いられる。この実施例では、部分１６自体か
らの風切り音の発生は非常に小さく、ノズル内面の乱流
境界層への部分的な遷移を表面粗さの変化により促進
し、境界層内の周方向の同時性を弱めて渦放出音や噴流
騒音を低減する。

【００２７】図４及び図５も本発明の別の実施例を示
し、境界層制御機構を、直ダクト１３の内面に流れ方向
と平行に円周等配に少なくとも１０個設けられた細い線
材状突起体１７で構成した例である。この突起体１７の
高さすなわち線材の高さｈ１は、ノズル口径Ｄの１／１
００以下であり、長さＫ２は、ダクト１３の長さＬの１
／５〜１／２であり、この突起体１７の後端は吹出し口
５と一致している。この実施例では、突起体１７自体か
らの風切り音の発生が小さく、ノズル内面の乱流境界層
への部分的な遷移を乱流塊の発生により促進し、境界層
内の周方向の同時性を弱めて渦放出音や噴流騒音を低減
する。

【００２８】図６及び図７も本発明の別の実施例を示
し、境界層制御機構を、直ダクト１３の内面に流れ方向
と平行に少なくとも１０条形成した外方に突出するスリ
ット溝１８で構成した例である。このスリット溝１８の
深さｈ２は、ノズル口径Ｄの１／１００以下であり、長
さＫ３は、直ダクト１３の長さＬの１／５〜１／２であ
り、巾ｂ２はノズル口径Ｄの１／１００以下であり、溝
１８の後端は吹出し口５と一致している。この実施例で
は、スリット溝１８自体からの風切り音の発生が小さ
く、微小段差による乱流塊の発生でノズル内面の乱流層
への部分的な遷移を促進し、境界層内の周方向の同時性
を弱めて渦放出音や噴流騒音を低減する。

【００２９】図８及び図９も本発明の別の実施例を示
し、境界層制御機構を、直ダクト１３に流れ方向と平行
に少なくとも１０条形成した巾ｂ３のスリット孔１９で
構成した例である。このスリット孔１９の長さＫ４は、
直ダクト１３の長さＬの１／５〜１／２であり、巾ｂ３
は、ノズル口径Ｄの１／２００以下であり、スリット孔
１９の後端は吹出し口５と略一致している。この実施例
では、スリット１９孔自体からの気流音の発生が小さ
く、スリット孔１９を通してのノズル外気流との流通に
よる乱流塊の発生によりノズル内面の乱流境界層への部
分的な遷移を促進し、境界層内の周方向の同時性を弱め
て渦放出音や噴流騒音を低減する。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３１】（１）ノズル吹出し口直前のノズル内面
境界層流れの周方向の同時性を弱めて流出する噴流周囲
の剪断流の強さを低減し、剪断流に基づく噴流騒音や渦
放出騒音を低減できる。

【００３２】（２）ノズル吹出し口周辺に発生してい
る気流騒音を効果的に低減できる。（３）境界層制御機構自体からの風切り音が新たな騒
音源になることが防止できる。

【００３３】（４）風洞自体の寸法は従来のものと同
一であり、吹出し口周囲の空間を有効に利用している。

【００３４】（５）従来から提案されている噴流騒音
の低減手法よりもその構成が比較的シンプルであり、容
易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す側断面図。

【図２】本発明の第２実施例を示す側断面図。

【図３】本発明の第３実施例を示す側断面図。

【図４】本発明の第４実施例を示す側断面図。

【図５】図４の直ダクトの断面図。

【図６】本発明の第５実施例を示す側断面図。

【図７】図６の直ダクトの断面図。

【図８】本発明の第６実施例を示す側断面図。

【図９】図８の直ダクトの断面図。

【図１０】風洞用ノズル吹出し気流の噴流の構造と、そ
こから発生する騒音の状態を説明する側面図。

【図１１】風洞用ノズルの基本的な構成を示す側断面
図。

【図１２】ノズル直ダクトの長さとノズル口径との比と
発生音との関係を示す実験結果を示す図面。

【符号の説明】

１・・・風洞用計測部噴流２・・・主流領域３・・・乱流混合領域４・・・剪断流５・・・吹出し口６・・・噴流騒音７・・・渦放出音１１・・・風洞用ノズル１２・・・縮流ダクト１３・・・直ダクト１４・・・超音波振動子１５・・・電気ヒータ１６・・・表面粗さが大きい部分１７・・・線状突起体１８・・・スリット溝１９・・・スリット孔

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】計測部へ低騒音の気流を通過させる風洞
装置に用いられる風洞用ノズルにおいて、ノズル吹出し
口近傍の内壁面に流れの境界層制御機構を設けたことを
特徴とする低騒音風洞用ノズル。