JPH05501743A - デユアルフロータービンエンジンマフラー - 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】 デユアルア０−タービンエンシンマフラー（技術分野） 本発明はタービンエンジンの排気ガスマフラーに係り、特にエンジンからの排気 ガスのノイズと圧縮ブリート空気流からのノイズの両方を効果的に減衰する排気 ガスマフラーおよびそのノイズ減衰法に関する。

（背景技術） 多くのガスタービンのエンジン用途、特に営業用の旅客機においてエンジンとし て使用されるタービンエンジンの場合、エンジンの排気ガス流ノイズを効果的に 減衰することが重要になっている。特に地上乗務員による荷物の積み降ろし、給 油、食料の積み込み、あるいは航空機からのゴミの取出しをする航空機の地上サ ービスステーションでは、ノイズレベルに関し厳しい制約が守られる必要がある 。このような地上サービスの条件下では航空機の推進エンジンが停止され、その タービンエンジンが航空機の補助動力装置（ＡＰＵ）として機能される。このＡ ＰＵタービンエンジンは一般に航空機の後部に配置され、航空機に電気あるいは 圧縮空気流を供給する。圧縮空気は通常、航空機の乗客、乗務員用のキャビンを 冷暖房するために使用される。

一般に、ＡＰＵタービンエンジンの排気ノイズを満足するレベルに減少するため 、コアノイズとタービンノイズを共に減衰する要がある。この場合コアノイズは エンジン内の少なくとも一部で燃焼行程により引き起こされる低い周波数のノイ ズ成分と考えられている１、一方、タービンノイズはエンジンのタービン部にお いて高速ガスの相互作用により引き起こされる高周波数のノイズ成分である。コ アノイズの周波数スペクトルは相当に広い範囲に亙たり、ピークは約２００〜８ ００Ｈｚの比較的低い周波数であり、この部分で殆どの音響エネルギが集中して いる。このとき高い周波数のタービンノイズは広いバントと離散的なスペクトル 成分を含んでいる。タービンノイズ成分のピークは一般にマフラーで１０．００ ０Ｈｚ以上である。

ＡＰＵターヒンエンジンの排気ガス流によりコアノイズとタービンノイズの両方 の成分を満足するレベルまで消音するために使用している従来のマフラーはその 構造が比較的太き（重量も大なものであった。ある場合には従来の７７ラーがエ ンジンの全体の大きさと同等のものもあった。

更にＡＰＵ装置の多（は圧縮ブリード空気流あるいは負荷コンプレッサの空気流 を供給しているが、これらの空気流は航空機の必要量を大幅に越えることもあっ た。このような状態下では圧縮ブリード空気流の逃がし弁が開放されて、過度の 圧縮空気流が外気へ放出される。圧縮空気流の放出はエンジンからのノイズより 増大することになる。実際、この放出ノイズはエンジン排気ノイズも高周波数即 ち２０００Ｈｚ以上になるものと思われる。この圧縮空気流の放出ノイズを減衰 させるため従来のＡＰＵタービンエンジン装置には放出流に対し別個のマフラー 装置が配設されていた。無論、この追加放出流７フラーの付加によりＡＰＵター ビンエンジン装置のサイズ、重量及びコストが増大することになる。別体の圧縮 ブリード空気流マフラーを用いない構成としては圧縮ブリード空気流を単にダク トを介しへＰＵタービンエンジン装置の導入部内に案内することによりエンジン ノイズと圧縮ブリード空気流ノイズを共に減衰させ、放出ノイズ基準を満足させ ようとするものが挙げられる。この簡略な方法では満足する結果が得られていな い。しかして従来のＡＰｔｌタービンエンジンマフラーでは圧縮ブリード空気流 ノイズを充分に減衰できないことが判明している。

（発明の開示） 本発明の目的はエンジン排気ガス流および圧縮ブリード空気流を受容し、その両 方で生ずるノイズを減衰し得るデユアルア０−タービンマフラーを提供すること にある。

本発明によれば、マフラーを軸方向に貫通し夫々タービンエンジンの排気ガスを 受容し放出する導入部および導出部を具備した排気ダクトと、排気ダクトを中心 に配設され多孔排気ダクトＷを介し排気ダクトと連通する軸方向に１償された共 鳴ノイズ減衰空洞部とを備え、マフラーの二次導入部が共鳴ノイズ減衰空洞部の 少なくとも−に開口され、排気ダクトと共に外気に放出される圧縮空気流を受容 し、多孔排気ダクト壁に排気ダクトと少なくとも−の共鳴ノイズ減衰空洞部とを 連通ずる連通部が包有され、連通部により排気ダクト内に導入される圧縮空気流 が分散側音されて、排気ガスがらのノイズが減衰されることを特徴とするタービ ンエンジンのノイズを−ｆ＆ｓするデュアルフローマフラーが提供される。

本発明の好適な実施例によれば、排気ダクトが夫々多孔のダクト壁を介し連通す る複数の共鳴反応的に設けられた音響減衰チャンバを貫通ずる。これらチャンバ 内の導入部に近い第１のチャンバが多孔のダクト壁の一部を経て排気ダクトと連 通し、多孔ダクト壁の残部より空気流に対する抵抗が相当Ｌ　に低くなる。また この第１のチャンバは第２の導入部を経て圧縮ブリート空気流を受容する。従っ て第１のチャンバは工］　ンジン排気ガス流に対し共鳴ノイズ減衰器として、且 つ圧縮ブリード空気流に対し分散・消音チャンバとしの２機能を果たす。多孔の 壁部分により圧縮ブリート空気流が連続的に曲げられて、向が与えられるので、 この圧縮ブリード空気流からのノイズが減衰せしめられるように機能する。

（図面の簡単な説明） 第１図は本発明の原理を実現するデュアルフロー（タービンエンジン）マフラー の斜視図、第２図は第１図の路線２−２に沿って長手方向に切断した拡大断面図 、第３図は第１図と同様であるが、一部を拡大し且つマフラーの内部構造を一部 切開いて示す部分拡大斜視図、第４図は本発明によるデュアルフローマフラーと 従来品との特性を比較するグラフである。

（発明を実施するための最良の形態） 第１図〜第３図には特にタービンエンジン（図示せず）に使用するデユアルア０ −マフラーＩＱが示される。マフラー１０はタービンエンジン廃棄ガスのノイズ と外気へ放出される圧縮空気の抽出流のノイズとの両方を減衰可能なに設けられ ている。ここで用いる用語「抽出流」は空気が実際にタービンエンジンから抽出 されるが、あるいはタービンエンジンにより駆動される負荷コンプレッサがら得 られるかに関係な（、圧縮空気の放出流を指す語として使用されることは理解さ れよう。用語「圧縮空気の抽出流」とはタービンエンジンあるいはタービンエン ジンにより使用される空気消費装置に要求される量を越える圧縮空気の放出を指 す。

マフラーＩＯには端部が開口された軸方向に延びるダクト１２が包有され、ダク ト１２の内部には符号１４で示される流軸が形成される。ダクト１２は導入部１ ６と導出部１８と円周方向に孔を有する長手のダクト壁部２ｏとを有している。

ノイズを伴うタービンエンジン廃棄ガス流は矢印２２で示すように導入部１６を 経てダクト１２へ導入される。この廃棄ガスは矢印２４で示されるように導出部 １８から極めてノイズの低い状態で放出され得る。。

外側ケーシング壁２６内には半径方向内側へ離間させてダクト壁部２０が挿入さ れる。外側ケーシング壁２６は導出部１８と隣接する環形の端壁２８を介してダ クト壁部２ｏと連結される。ダク１−１２の入口端部においては環形の端壁３ｏ が外側ケーシング壁２６から半径方向内側へダクト壁部２ｏへ向かう反面ダクト 壁部２０に接合しない程度に延びている。端壁３ｏにはダクト壁部２０と協働し て導入部１６を囲繞する環形の二次導入部３２が具備されており、二次導入部３ ２の半径方向外側に延びるカラ一部３４が設けられ、マフラー１ｏはタービンエ ンジン（図示せず）にカラ一部３４を介し密封・固定される１、端壁２８．３０ 間には複数の環形のバッフル壁３６．３８．４ｏが軸方向に離間させて配役され ているっバッフル壁３Ｂ、３８．４０はダクト壁部２０および外側ケーシング壁 ２６に夫々半径方向内側及び外側の端部において固定される。従って端壁２８． ３０および３６．３８．４０はダクト壁部２０および外側ケーシング壁２６と協 働して複数の軸方向に連続した空洞部４２．４４．４６．４８が区画される。二 次導入部３２は導入部１６と隣接する空洞部４２に対し開口されている。

さて第３図を参照するに、孔を有したダクト壁部２０は第１の孔部５０とこれに 軸方向に隣接した不織のフェルト繊維でなるガス通過部５２とを有することが理 解されよう。孔部５０は導入部１６から第１の空洞部４２全体に亙って延び、一 方ガス通過部５２は残部の空洞部４４．４６．４８を経て導出部Ｉ８へ延びてい る。

孔部５０及びガス通過部５２は接合線５４において互いに結合され、バッフル壁 ３６は接合線５４の近傍においてダクト壁部２０に固定される。ダクト壁部２０ の孔部５０およびガス通過部５２の夫々はガスを通過し得るが、孔部５０はフェ ルト製のガス通過部５２に比ベガス流抵抗性が相当に低い。

排気流２２のダクト１２内への導入に伴うノイズの減衰に関して言えば、各空洞 部４２．４４．４６．４８は共鳴減衰チャンバと考えられる。一方、フェルト製 のガス通過部５２はその流量抵抗及び音声エネルギ吸収容量が大であるので、空 洞部４４．４６．４８で得られるエネルギ減衰は空洞部４２で得られるエネルギ 減衰より優れていることは容易に理解されよう。ガス通過部５２は３０〜１５０ ｃｇｓレールの範囲の流量抵抗を有することが好ましい。このとき反応的エネル ギ減衰によりマフラー１０によって得゛られる全体の排気流ノイズ減衰に空洞部 ４２は大きく寄与するものと考えられる。

ここで矢印５６により示される圧縮ブリード空気が二次導入部３２を介しマフラ ーＩＯ内に導入される。圧縮ブリード空気流５６はタービンエンジンでの必要量 を越えたものであり、タービンエンジンを使用する航空機の必要量も越えている ので、空気流５６は外気へ放出される。空気流５６はマフラー１０の軸方向に二 次導入部３２に導入され空洞部４２内において軸方向に分配される。図示のよう に空気流５６は９０度曲がって次に多数の孔部５０を経て半径方向内側にダクト １２内へ流動する。一度ダクト１２内に入った空気流５６は再び９０度曲がって 排気ガス流２２と共に下流へ流れる。

出願人はここに開示した本発明の好ましい実施例としてのマフラーを製作しテス トした。第４図は本発明のマフラーと市販の従来のマフラーとの音響性能を比較 して示しである。７従来のマフラーおよび本発明のマフラーに長さが等しい硬質 壁の排気ダクトを有したＡＰロタ−ビンエンジンを駆動することにより、基準（ 即ち零減衰）を達成した。これらテストにおいて圧縮ブリート空気流をエンジン とマフラー若しくは硬質壁ダクトの組合体の排気ガス流路を経て外気へ放出した 。

第４図の下方のデータ線により示されるように、従来のマフラーでは５０００Ｈ ｚで最大減衰は約１０ＤＢであった。これに対し、本発明のデユアルア０−マフ ラーは第４図の上方のデータ線で示されるように５０００Ｈｚで殆ど１５０Ｈの 相当に良いピーク減衰が得られた。

ヂ・丈周つＬ表／“２ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．マフラーを軸方向に貫通し、夫々タービンエンジンの排気ガスを受容し放出 する導入部および導出部を具備する排気ダクトと、排気ダクトを中心に配置され 多孔排気ダクト壁を介し排気ダクトと連通する軸方向に配設された共鳴ノイズ減 衰空洞部とを備え、マフラーの二次導入部が共鳴ノイズ減衰空洞部の少なくとも 一に開口され排気タクトと共に外気に放出される圧縮空気流を受容し、多孔排気 ダクト壁に排気ダクトと少なくとも一の共鳴ノイズ減衰空洞部とを連通する連通 部が包有され、連通部により排気ダクト内に導入される圧縮空気流が分散制音さ れて排気ガスからのノイズが減衰されることを特徴とするタービンエンジンのノ イズを減衰するデュアルフローマフラー。
2. ２．排気ダクトは多孔排気ダクト壁により区画され、排気ダクト壁は連通部と他 部とを有し、他部は連通部に比して空気流に対する抵抗が高く設けられてなる請 求項１記載のデュアルフローマフラー。
3. ３．排気ガス壁の連通部は多孔の金属シート材料で作られ、排気ダクト壁の他部 はフエルト繊維の金属シート材料で作られてなる請求項２記載のデュアルフロー マフラー。
4. ４．排気ダクト壁の連通部及び他部が排気ダクトを囲繞する接合線で軸方向に互 いに協働・当接され、複数のバッフル壁の一は接合線近傍に配設され、少なくと も一の共鳴ノイズ減衰空洞部を具備してなる請求項３記載のデユアルフローマフ ラー。
5. ５．マフラーには排気ダクト壁から離間される外側ケーシング壁が包有され、複 数のバッフル壁が排気ダクト壁から外側ケーシング壁へ延長され、その間に共鳴 ノイズ減衰空洞部が区画され、少なくとも一の共鳴ノイズ減衰空洞部が導入部に 対し軸方向に隣接して配置され、排気ダクト内を流れるタービンエンジンの排気 ガスが始めに横断されてなる請求項４記載のデュアルフローマフラー。
6. ６．マフラーの導出部の端壁が半径方向内側へ且つダクト壁へ向かう反面ダクト 壁まで達しない程度に延びてダクト壁を囲繞する環形の二次導入部が区画され、 マフラーの導出部の端壁は少なくとも一の共鳴ノイズ減衰空洞部が外側に区画さ れ、二次導入部を囲繞する軸方向カラー部が外側に支承され、マフラーをタービ ンエンジンに対し密封・固定されてなる請求項５記載のデュアルフローマフラー 。
7. ７．軸方向に延びるケーシング壁と、導入部端壁および導出部端壁を有する軸方 向に長手のケーシングと、ケーシング導入部およびケーシング導出部間に延びる 多孔ダクト壁を有した軸方向に長手の排気ダクト部材とを備え、ケーシング壁と 導入部端壁と導出部端壁とが協働してマフラーの一端部に軸方向に位置したケー シング導入部とマフラーの反対端部に軸方向に配置されたケーシング導出部とケ ーシング導入部をケーシング導出部と連通するマフラー内のチヤンバとが区画さ れ、排気ダクト部材によりチヤンバが中央の軸貫通排気ダクト部分と軸貫通排気 ダクト部を囲繞する環形の共鳴他部とに分割され、排気ダクト部材の導入部端壁 はケーシング導入部と同軸に延び排気ガス流を受容しケーシング導出部での導出 部端壁と導出部端部で接合し放出流を外気へ放出し、排気ダクト部材および導入 部端壁が半径方向に離間されてケーシング導入部において他部への環形の二次導 入部を形成し圧縮空気流を受容し、これによつて圧縮空気流が多孔の排気ダクト 壁および排気ダクトを経て外気へ放出されることを特徴とする、タービンエンジ ンからの排気ガス流とエンジンにより与えられる放出圧縮空気流との両方により 生じるノイズを減衰させるデユアルフローマフラー装置。
8. ８．更にマフラーには排気ダクトの周囲にチヤンバの他部内に配置されて軸方向 に離間された複数のバッフル壁が包有され、複数のバッフル壁によりチヤンバの 他部が軸方向に連続する複数の共鳴サブチヤンバ部に分割されてなる請求項７記 載のデュアルフローマフラー。
9. ９．軸方向に連続する複数の共鳴ノイズ減衰チヤンバを有するマフラー構造体に おいて軸方向に排気ガス流を通過させる工程と、複数の共鳴ノイズ減衰チヤンバ の一内に圧縮空気流を通過させる工程と、圧縮空気流を流れ分散させる多孔壁を 経て通過させ排気ガス流と混合させる工程と、排気ガス流と圧縮空気流との混合 流を外気へ流す工程とを包有してなるタービンエンジンからの排気ガス流と放出 圧縮空気流との両方により生じるノイズを減衰させる方法。
10. １０．更に圧縮空気流を導入する一のチヤンバとして排気ガス流と最初に出会う 軸方向に連続する複数の共鳴ノイズ減衰チヤンバの一を利用する工程と、排気ガ ス流と圧縮空気流との混合流を共に軸方向に連続する複数の共鳴ノイズ減衰チヤ ンバの残部を経て外気へ流す工程とを包有してなる請求項９記載の方法。