WO2010013499A1 - 噴流騒音防止方法および噴流ノズル - Google Patents

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nozzle
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wall surface
noise
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幹也 荒木
貴透 佐野
将之 福田
聖一 志賀
富夫 小保方
孝之 小島
秀之 田口
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国立大学法人群馬大学
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/28—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto using fluid jets to influence the jet flow
    • F02K1/34—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto using fluid jets to influence the jet flow for attenuating noise
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/80—Application in supersonic vehicles excluding hypersonic vehicles or ram, scram or rocket propulsion

Definitions

  • the present invention relates to a jet noise prevention method and a jet nozzle, and more particularly to a jet noise prevention method and a jet nozzle that can reduce the amount of gas consumed to inject an air flow into the jet.
  • Jet noise is generated when a vortex is formed between the jet jet and the outside air due to friction between the high-speed jet jet discharged from the jet engine and the outside air. It is known that the power of jet noise is proportional to the eighth power of the jet jet velocity.
  • Methods for reducing jet noise include a method in which the jet jet is rapidly mixed with the outside air to reduce the speed of the jet jet, a method in which small pieces called tabs are inserted into the jet jet, and an air flow toward the jet jet.
  • the method of controlling the vortex between the jet jet and the outside air by jetting has been mainly studied.
  • the air source of the air stream needs to be obtained from the air extracted from the compressor of the jet engine, but if the air extracted from the compressor becomes excessive, There is a problem that a drop in engine thrust cannot be ignored.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can effectively reduce noise of jets such as jet jets as well as conventional ones, and is also consumed for injecting air currents into jets.
  • An object of the present invention is to provide a jet noise prevention method and a jet nozzle that can reduce the amount of air that is generated.
  • the invention according to claim 1 relates to a jet noise reduction method for intermittently injecting an air flow toward a jet to reduce noise.
  • the invention according to claim 2 is formed in the wall surface of the nozzle or the vicinity of the end of the wall surface from which the jet to reduce noise is injected, and the projected area in the direction along the jet is a circular shape having the same cross-sectional area.
  • the present invention relates to a jet noise reduction method for jetting an air flow from an opening having a shape smaller than the opening toward the jet.
  • the jet is formed from a supersonic nozzle having a throat portion that is formed near the wall surface or near the wall end of the nozzle from which the jet to reduce noise is injected and has a smaller cross-sectional area than before and after the nozzle.
  • the present invention relates to a jet noise reduction method for injecting an airflow toward a vehicle.
  • the invention according to claim 4 relates to the jet noise reduction method according to claim 2 or 3, wherein the airflow is intermittently injected.
  • the invention according to claim 5 relates to the jet noise reduction method according to any one of claims 2 to 4, wherein the opening is formed in a shape expanding along the direction of the jet.
  • a sixth aspect of the present invention is the jet noise reduction method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the jet is a subsonic jet, and the airflow is a subsonic jet into which the subsonic jet is injected.
  • the present invention relates to what is jetted toward the subsonic jet near the outlet in the wall surface of the sonic nozzle or in the vicinity of the outlet behind the outlet of the subsonic nozzle.
  • the jet is a supersonic jet
  • the airflow is a supersonic jet from which the supersonic jet is injected.
  • the present invention relates to what is injected downstream of the throat portion of the sonic nozzle.
  • the invention according to claim 8 is the jet noise reduction method according to claim 7, wherein the supersonic nozzle has a rectangular cross section, and the opening through which the airflow is injected is a wall surface of the supersonic nozzle, or a wall surface. It relates to what is formed near the end.
  • the invention according to claim 9 is a jet nozzle from which a jet is ejected, wherein a projected area in a direction along the jet has a shape smaller than a circular opening having the same cross-sectional area, and the jet It is related with the jet nozzle in which the opening part which injects an air current toward the wall surface was formed in the wall surface or wall surface edge part vicinity.
  • the invention according to claim 10 relates to the jet nozzle according to claim 9, wherein the air flow is intermittently injected from the opening.
  • the invention according to claim 11 relates to the jet nozzle according to claim 9 or 10, wherein the opening is formed to expand along the direction of the jet.
  • a twelfth aspect of the present invention is the jet nozzle according to any one of the ninth to eleventh aspects, wherein the jet nozzle is a supersonic nozzle having a throat portion having a smaller cross-sectional area than before and after the throat portion, and the opening portion is the throat portion. It is related with what is formed in the downstream rather than the part.
  • the invention described in claim 13 relates to the jet nozzle according to claim 12, which has a rectangular cross section and the opening is formed in the vicinity of the wall surface or the end of the wall surface.
  • a jet noise reduction method capable of reducing the consumption of gas such as air injected as an air current in the jet as compared with the case of continuously injecting an air current.
  • the air stream penetrates deeper into the jet as compared with the case where the air stream is ejected from a perfect circular opening. A reduction effect is obtained. Therefore, there is provided a jet noise reduction method in which the gas flow rate necessary for obtaining the same noise reduction effect is smaller than that in the case where the opening is a perfect circle.
  • the supersonic nozzle is used as the nozzle for injecting the airflow, and the airflow is injected at the supersonic speed in the jet, compared with the case of injecting the airflow using the subsonic nozzle. Since the air current enters deeper into the jet, a higher noise reduction effect can be obtained. Therefore, the gas flow rate required to obtain the same noise reduction effect is smaller than when the opening is a perfect circle or when the airflow is ejected from the subsonic nozzle.
  • jet noise that can further reduce the consumption of gas such as air injected as an air current in the jet as compared with the case of injecting an air stream continuously in the invention of claim 2 or 3 A reduction method is provided.
  • the gas flow rate required to obtain the same noise reduction effect is smaller than when the opening is formed in a perfect circle or a shape that shrinks along the direction of the jet.
  • a jet noise reduction method is provided.
  • a jet nozzle capable of obtaining an equivalent or higher jet noise reduction effect with a smaller amount of gas consumption compared to a case where an opening for jetting an air current is a perfect circle.
  • a jet nozzle capable of obtaining an equivalent or higher jet noise reduction effect with a smaller amount of gas consumption than that in which an air flow is continuously jetted from an opening.
  • the gas flow rate required to obtain the same noise reduction effect is smaller than that in which the opening is formed in a perfect circle or a shape that shrinks along the direction of the jet.
  • a jet nozzle is provided.
  • the gas flow rate required to obtain the same noise reduction effect is smaller than that in which the opening is formed in a perfect circle or a shape that shrinks along the direction of the jet.
  • a supersonic jet nozzle is provided.
  • a jet nozzle capable of significantly reducing jet noise of a hypersonic machine.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an overall configuration of a supersonic nozzle according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an overall configuration of another example of the supersonic nozzle according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of the supersonic nozzle shown in FIG. 2 cut along a vertical plane along the jet flow direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross section of the supersonic nozzle shown in FIG. 2 cut along a horizontal plane along the jet jet direction.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of the shape of the opening in the supersonic nozzle according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an overall configuration of a supersonic nozzle according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an overall configuration of another example of the supersonic nozzle according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the definition of the duty ratio when airflow is intermittently ejected from the opening in the supersonic nozzle according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the total pressure of the airflow and the sound pressure reduction amount when the opening is a circular shape or a wedge shape that expands along the jet jet in the supersonic nozzle according to the first embodiment.
  • FIG. 8 shows the relationship between the amount of bleed air, which is the flow rate ratio between the air flow and the jet jet, and the sound pressure reduction when the opening is circular or a wedge shape that expands along the jet jet in the supersonic nozzle according to the first embodiment. It is a graph which shows.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the total pressure of the airflow and the sound pressure reduction amount when the opening is a circular shape or a wedge shape that expands along the jet jet in the supersonic nozzle according to the first embodiment.
  • FIG. 8 shows the relationship between the amount of bleed air, which is the
  • FIG. 9 shows the relationship between the jet noise frequency and the sound pressure when the opening is a wedge shape with an apex angle of 27 degrees and the total pressure of the airflow is set to 0.6 MPa in the supersonic nozzle according to the first embodiment. It is a graph.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the bleed air% and the sound pressure reduction amount when the airflow is continuously jetted and intermittently jetted in the supersonic nozzle having a circular opening.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the bleed air% and the sound pressure reduction amount when the airflow is continuously injected and intermittently injected in the supersonic nozzle having the wedge-shaped opening.
  • a supersonic nozzle 1 according to Embodiment 1 is a jet nozzle that discharges a jet jet in the direction of arrow a as shown in FIGS. 1 to 3, has a rectangular cross section, and is a ceiling surface of a flow path. , A cowl 3 that forms the bottom surface of the flow path, and side walls 4 and 5 that couple the lamp 2 and the cowl 3.
  • the ramp 2 protrudes downstream from the outlet of the supersonic nozzle 1 along the jet jet a. Then, on the upstream side of the outlet of the supersonic nozzle 1, the height of the lower surface is low, and the throat portion 6 is formed between the flat cowl 3. Therefore, the cross-sectional area of the supersonic nozzle 1 is smaller in the throat portion 6 than before and after.
  • the side walls 4 and 5 are flat plate-like, and are formed with wedge-shaped openings 7 (7a) that expand along the jet jet direction a.
  • the opening 7 may be provided only in the side walls 4 and 5 as shown in FIG. 1, or provided in the lamp 2 as shown by reference numeral 7b in addition to the side walls 4 and 5 as shown in FIGS. Alternatively, it may be provided on the cowl 3 as indicated by reference numeral 7c. However, in the case where the opening 7 is provided on any of the side walls 4 and 5, the lamp 2, and the cowl 3, the position where the opening 7 is provided is on the downstream side of the throat portion 6. Further, as indicated by reference numeral 7 d in FIGS.
  • the wall surface of the nozzle or the vicinity of the end of the wall surface refers to the side walls 4 and 5 of the supersonic nozzle 1, the ramp 2 and the cowl 3, as indicated by reference numerals 7a, 7b and 7c. This means that it includes both the position that penetrates the wall surface and the vicinity of the wall surface on the outside of the injection port of the supersonic nozzle 1, the side end of the lamp 2, and the outside of the downstream end, as indicated by reference numeral 7d.
  • an air stream is jetted toward the jet jet a as indicated by an arrow b.
  • the angle ⁇ formed by the air flow b and the jet jet a is most preferably 90 degrees as shown in FIG. 4, but is not limited thereto.
  • the shape of the opening 7 in FIGS. 1 to 3 and FIG. It is not limited to the wedge shape expanding along the jet jet flow a as shown in FIG. Specifically, a rhombus which is long in the direction of the jet jet a as shown in FIG. 5B, a wedge shape whose trailing edge is rounded as shown in FIG. 5B, and FIG. An oval shape that is long in the direction of the jet jet a as shown, an ellipse whose major axis is the same as the direction of the jet jet a as shown in FIG. 5E, and a jet jet a as shown in FIG.
  • the apex angle ⁇ on the upstream side with respect to the jet jet a is less than 90 degrees, preferably 5 It is ⁇ 60 degrees, particularly preferably 10 to 30 degrees.
  • the gas ejected as the air flow b is usually air, but may be a gas other than air, such as nitrogen gas, carbon dioxide gas, or combustion gas.
  • the air flow b may be continuously injected from the opening 7, but if it is intermittently injected, the amount of gas consumption can be further reduced.
  • the frequency of injecting the air flow b is preferably 10 times / second or more, but there is almost no difference in the jet noise reduction effect obtained even if it exceeds 100 times / second.
  • the duty ratio is the jetting time of the air flow b in one cycle, but is preferably in the range of 0.1 to 0.9, particularly preferably in the range of 0.3 to 0.8.
  • the duty ratio is less than 0.1, the effect of suppressing the formation of vortices between the jet jet a and the outside air is not sufficiently obtained, and therefore a sufficient jet noise reduction effect may not be obtained.
  • the ratio exceeds 0.9, there is almost no difference from the continuous injection, so there is almost no effect of reducing gas consumption.
  • a wedge-shaped (Examples 1 and 2) or circular (Reference Examples 1 to 4) opening 7 is formed on the side walls 4 and 5 of the supersonic nozzle 1 having the form shown in FIG.
  • the air flow b was jetted in the orthogonal direction.
  • the width of the flow path of the supersonic nozzle 1 was 20 mm, and the height H of the throat portion 6 was 2.8 mm.
  • the upstream side of the throat portion 6 was a straight channel having a height of 7.5 mm.
  • the height of the outlet was 5.9 mm.
  • Example 1 the apex angle ⁇ on the upstream side of the opening 7 was 14 degrees, and the height w on the downstream side was 0.475 mm. Therefore, w / H is 0.19.
  • Example 2 the apex angle ⁇ on the upstream side of the opening 7 was 27 degrees, and the height w on the downstream side was 0.575 mm. Therefore, w / H is 0.23.
  • the diameter d of the opening 7 is 0.3 mm (Reference Example 1), 0.5 mm (Reference Example 2), 0.8 mm (Reference Example 3), 1.0 mm (Reference Example) 4). Therefore, d / H is 0.11, 0.18, 0.29, and 0.36, respectively.
  • the total pressure of the air flow b in the opening 7 was set in the range of 0.2 MPa (a) to 0.6 MPa (a) in any of Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 to 4.
  • airflow injection total pressure is described by the absolute pressure, in the case of 0.1 MPa (a), airflow is not injected. The results are shown in FIG.
  • the extraction% which is the ratio between the flow rate of the air flow b and the flow rate of the jet jet a required to obtain the jet noise reduction effect of about 3 dB, is 2.5 in the first and second embodiments. It was 4% or more in Reference Examples 3 and 4 while it was ⁇ 3%.
  • the sound pressure level particularly in a high frequency region of 10 kHz or higher is obtained as shown in FIG. It turns out that it is low.
  • the human audible frequency is said to be 20 Hz to 20 kHz, but in the examples, measurement was performed up to a frequency higher than the human audible frequency. Since the size of the nozzle of the jet jet used in the example is as small as 1/100 of the actual jet engine, the noise frequency measured in the example is about 100 times the noise frequency that would be measured in the actual jet engine. It is considered to be. That is, 10 kHz in FIG. 9 corresponds to about 100 Hz in an actual jet engine.
  • the injection is performed at a frequency of 10 times / second (Example 5).
  • the relationship between the extraction% and the sound pressure reduction amount (dB) was obtained.
  • the duty ratio (DR) was set at three points of 0.3, 0.5, and 0.8, and the total pressure of the air flow b was 0.6 MPa (a). The results are shown in FIG.
  • the opening 7 is circular, it is possible to reduce the bleed% required to achieve the same jet noise reduction effect as in the case of continuous injection by intermittently injecting the air flow b.
  • the injection frequency of the airflow b is preferably 10 times / second or more, it can be seen that the jet noise reduction effect is hardly improved even if the air frequency b exceeds 100 times / second.
  • the duty ratio is preferably in the range of 0.3 to 0.8.
  • Example 8 When supersonic nozzle 1 used in Example 2 is used and continuous injection is performed from opening 7 having apex angle ⁇ of 27 degrees (Reference Example 6), when injection is performed at a frequency of 10 times / second (Example 8), For the case of injection at a frequency of 50 times / second (Example 9) and the case of injection at a frequency of 100 times / second (Example 10), the relationship between the extraction% and the sound pressure reduction amount (dB) was obtained. .
  • the duty ratio (DR) was set at three points of 0.3, 0.5, and 0.8, and the total pressure of the air flow b was 0.6 MPa (a). The results are shown in FIG.
  • the frequency of intermittent injection is 10 to 100 times / second, but the suitable frequency of intermittent injection varies depending on the size of the jet nozzle such as a supersonic nozzle. And is not considered to be limited to the range of 10 to 100 times / second.
  • the present invention can be used to reduce noise caused by friction between the jet and the surrounding air, such as wind tunnel exhaust noise, in addition to subsonic or supersonic jet jets.

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Abstract

　騒音を低減しようとするジェット噴流に向かって間歇的に気流を噴射する噴流騒音低減方法、および噴流が噴出される噴流ノズルであって、前記噴流に沿った方向の投影面積が、断面積が同一の円形の開口部よりも小さな形状を有し、前記噴流に向かって気流を噴射する開口部が壁面、または壁面端部近傍に形成された噴流ノズル。

Description

噴流騒音防止方法および噴流ノズル
　本発明は、噴流騒音防止方法および噴流ノズルに係り、特に、噴流中に気流を噴射するために消費される気体量を低減できる噴流騒音防止方法および噴流ノズルに関する。
　ジェット騒音は、ジェットエンジンから排出される高速のジェット噴流と外気との間の摩擦によってジェット噴流と外気との間に渦が形成されることによって生じる。そして、ジェット騒音のパワーはジェット噴流の速度の８乗に比例することが知られている。
　ジェット騒音を低減する方法としては、ジェット噴流を外気と急速に混合させてジェット噴流の速度を低下させる方法と、ジェット噴流内にタブと称する小片を挿入する方法と、ジェット噴流に向かって気流を噴射してジェット噴流と外気との間の渦を制御する方法とが主に検討されてきた。
　ジェット噴流に向かって気流を噴射する方法は、亜音速ジェット噴流だけでなく、超音速ジェット噴流に対しても有効であることが近年判ってきた（日本機械学会論文集（Ｂ編）　第７１巻７０７号（２００５年７月発行）、日本機械学会論文集（Ｂ編）　第７３巻７２６号（２００７年２月発行））。
　しかしながら、単にジェット噴流に向かって連続的に気流を噴射してジェット騒音を低減しようとすると、全音圧レベルを２．４ｄＢ低減させるのに主ジェット噴流の４％もの空気量が必要であることがわかった。
　ジェット噴流に向かって気流を噴射する方法を実用ジェットエンジンに適用しようとすると、前記気流の空気源をジェットエンジンのコンプレッサからの抽気に求める必要があるが、コンプレッサからの抽気が過大になると、ジェットエンジンの推力の低下が無視できなくなるという問題がある。
　したがって、なるべく少ない流量の気流で効果的にジェット騒音を低減させることが求められている。
　本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、従来と同様かそれ以上に効果的にジェット噴流などの噴流の騒音を低減できる上に、噴流中に気流を噴射するために消費される空気量が低減できる噴流騒音防止方法および噴流ノズルの提供を目的とする。
　請求項１に記載の発明は、騒音を低減しようとする噴流に向かって間歇的に気流を噴射する噴流騒音低減方法に関する。
　請求項２に記載の発明は、騒音を低減しようとする噴流が噴射されるノズルの壁面または壁面端部近傍に形成され、前記噴流に沿った方向の投影面積が、断面積が同一の円形の開口部よりも小さな形状を有する開口部から前記噴流に向かって気流を噴射する噴流騒音低減方法に関する。
　請求項３に記載の発明は、騒音を低減しようとする噴流が噴射されるノズルの壁面または壁面端部近傍に形成され、断面積がその前後よりも小さなスロート部を有する超音速ノズルから前記噴流に向かって気流を噴射する噴流騒音低減方法に関する。
　請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の噴流騒音低減方法において、前記気流を間歇的に噴射するものに関する。
　請求項５に記載の発明は、請求項２～４の何れか１項に記載の噴流騒音低減方法において、前記開口部が前記噴流の方向に沿って拡がる形状に形成されているものに関する。
　請求項６に記載の発明は、請求項１～５の何れか１項に記載の噴流騒音低減方法において、前記噴流が亜音速噴流であり、前記気流は、前記亜音速噴流が噴射される亜音速ノズルの壁面における出口近傍、または前記亜音速ノズルの出口より後方における出口近傍において前記亜音速噴流に向かって噴射されるものに関する。
　請求項７に記載の発明は、請求項１～５の何れか１項に記載の噴流騒音低減方法において、前記噴流が超音速噴流であり、前記気流が、前記超音速噴流が噴射される超音速ノズルのスロート部よりも下流側において噴射されるものに関する。
　請求項８に記載の発明は、請求項７に載の噴流騒音低減方法において、前記超音速ノズルは矩形断面を有し、前記気流が噴射される開口部は前記超音速ノズルの壁面、または壁面端部近傍に形成されているものに関する。
　請求項９に記載の発明は、噴流が噴出される噴流ノズルであって、前記噴流に沿った方向の投影面積が、断面積が同一の円形の開口部よりも小さな形状を有し、前記噴流に向かって気流を噴射する開口部が壁面、または壁面端部近傍に形成された噴流ノズルに関する。
　請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の噴流ノズルにおいて、前記気流が前記開口部から間歇的に噴射されるものに関する。
　請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の噴流ノズルにおいて、前記開口部が前記噴流の方向に沿って拡がるように形成されているものに関する。
　請求項１２に記載の発明は、請求項９～１１の何れか１項に記載の噴流ノズルにおいて、断面積がその前後よりも小さいスロート部を有する超音速ノズルであり、前記開口部は前記スロート部よりも下流側に形成されているものに関する。
　請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の噴流ノズルにおいて、矩形状の断面を有し、前記開口部が壁面または壁面端部近傍に形成されているものに関する。
　請求項１の発明によれば、連続的に気流を噴射する場合と比較して噴流中に気流として噴射される空気などの気体の消費量を低減できる噴流騒音低減方法が提供される。
　請求項２の発明によれば、気流として噴出される気体の流量が同一であれば、真円形の開口部から気流を噴射する場合と比較して気流が噴流中により深く入り込むから、より高い騒音低減効果が得られる。したがって、同一の騒音低減効果を得るのに必要な気体流量が、前記開口部が真円形の場合と比較してより少なくて済む噴流騒音低減方法が提供される。
　請求項３の発明によれば、気流を噴射するノズルとして超音速ノズルを用い、噴流中に超音速で気流を噴射しているから、亜音速ノズルを用いて気流を噴射する場合と比較して気流が噴流中により深く入り込むから、より高い騒音低減効果が得られる。したがって、同一の騒音低減効果を得るのに必要な気体流量は、開口部が真円形の場合や、気流を亜音速ノズルから噴射した場合と比較して少なくて済む。
　請求項４の発明によれば、請求項２または３の発明において連続的に気流を噴射する場合と比較して噴流中に気流として噴射される空気などの気体の消費量を更に低減できる噴流騒音低減方法が提供される。
　請求項５の発明によれば、開口部が真円形や噴流の方向に沿って縮小する形状に形成されている場合と比較して同一の騒音低減効果を得るのに必要な気体流量がより少なくて済む噴流騒音低減方法が提供される。
　請求項６の発明によれば、亜音速噴流に適用できる噴流騒音低減方法が提供される。
　請求項７の発明によれば、超音速噴流に適用できる噴流騒音低減方法が提供される。
　請求項８の発明によれば、極超音速機のジェット噴流に適用できる噴流騒音低減方法が提供される。
　請求項９の発明によれば、気流を噴出する開口部が真円形であるものと比較してより少ない気体消費量で同等かそれ以上の噴流騒音低減効果が獲られる噴流ノズルが提供される。
　請求項１０の発明によれば、開口部から連続的に気流を噴射するものと比較してより少ない気体消費量で同等かそれ以上の噴流騒音低減効果が獲られる噴流ノズルが提供される。
　請求項１１の発明によれば、開口部が真円形や噴流の方向に沿って縮小する形状に形成されているものと比較して同一の騒音低減効果を得るのに必要な気体流量がより少なくて済む噴流ノズルが提供される。
　請求項１２の発明によれば、開口部が真円形や噴流の方向に沿って縮小する形状に形成されているものと比較して同一の騒音低減効果を得るのに必要な気体流量がより少なくて済む超音速噴流ノズルが提供される。
　請求項１３の発明によれば、極超音速機の噴流騒音を大幅に低減できる噴流ノズルが提供される。
図１は、実施形態１に係る超音速ノズルの全体的な構成を示す斜視図である。 図２は、実施形態１に係る超音速ノズルの別の一例について全体的な構成を示す斜視図である。 図３は、図２に示す超音速ノズルをジェット噴流の方向に沿った垂直面で切断した断面を示す断面図である。 図４は、図２に示す超音速ノズルをジェット噴流の方向に沿った水平面で切断した断面を示す断面図である。 図５は、実施形態１に係る超音速ノズルにおける開口部の形状の例を示す概略図である。 図６は、実施形態１に係る超音速ノズルにおいて開口部から気流を間歇的に噴射する場合のデューティ比の定義を説明する説明図である。 図７は、実施形態１に係る超音速ノズルにおいて開口部を円形またはジェット噴流に沿って拡大する楔形とした場合の気流の全圧と音圧減少量との関係を示すグラフである。 図８は、実施形態１に係る超音速ノズルにおいて開口部を円形またはジェット噴流に沿って拡大する楔形とした場合の気流とジェット噴流との流量比である抽気％と音圧減少量との関係を示すグラフである。 図９は、実施形態１に係る超音速ノズルにおいて開口部を頂角２７度の楔形とし、気流の全圧を０．６ＭＰａに設定したときの、ジェット騒音の周波数と音圧との関係を示すグラフである。 図１０は、開口部が円形である超音速ノズルにおいて気流を連続噴射したときおよび間歇噴射したときの抽気％と音圧減少量との関係を示すグラフである。 図１１は、開口部が楔形である超音速ノズルにおいて気流を連続噴射したときおよび間歇噴射したときの抽気％と音圧減少量との関係を示すグラフである。
１．実施形態１
　以下、本発明の噴流ノズルに包含される超音速ノズルの一例について説明する。
　実施形態１に係る超音速ノズル１は、図１～図３に示すように、矢印ａの方向にジェット噴流を排出するジェットノズルであって、矩形状の断面を有し、流路の天井面を形成するランプ２と、流路の底面を形成するカウル３と、ランプ２およびカウル３を結合する側壁４、５とを備える。
　ランプ２は、超音速ノズル１の出口からジェット噴流ａに沿って下流側に突出している。そして、超音速ノズル１の出口よりも上流側において、下面の高さが低く形成され、平板状のカウル３との間にスロート部６を形成している。したがって、超音速ノズル１の断面積は、スロート部６においてはその前後よりも小さい。
　側壁４および５は平板な板状であって、ジェット噴流の方向ａに沿って拡大する楔形の開口部７（７ａ）が形成されている。開口部７は、図１に示すように側壁４、５のみに設けてもよいし、図２および図３に示すように、側壁４、５に加えて符号７ｂで示すようにランプ２に設けてもよく、符号７ｃで示すようにカウル３に設けてもよい。但し、開口部７を側壁４、５、ランプ２、およびカウル３の何れに設ける場合においても、開口部７を設ける位置は、スロート部６よりも下流側である。更に、図２および図３において符号７ｄで示すように、超音速ノズル１の噴射口よりも下流側における側壁４、５の近傍に設けてもよい。ここで、本明細書において「ノズルの壁面または壁面端部近傍」とあるのは、符号７ａ、７ｂ、７ｃで示すように、超音速ノズル１の側壁４、５やランプ２、カウル３のような壁面を貫通する位置、および符号７ｄで示すように、超音速ノズル１の噴射口の外側、ランプ２の側端および下流端の外側における壁面近傍の何れも含む意味である。
　開口部７からは矢印ｂで示すようにジェット噴流ａに向かって気流が噴射される。気流ｂとジェット噴流ａとのなす角度φは、図４に示すように９０度が最も好ましいがこれに限定されるものではない。
　開口部７の形状は、ジェット噴流ａに沿った方向に投影した投影面積が同一の断面積を有する円形の開口部よりも小さな形状であれば、図１～図３および図５の（ａ）に示すようなジェット噴流ａに沿って拡大する楔形には限定されない。具体的には、図５の（ｂ）に示すようなジェット噴流ａの方向に長い菱形や、図５の（ｂ）に示すような後縁が丸められた楔形、図５の（ｄ）に示すようなジェット噴流ａの方向に長い卵型、図５の（ｅ）に示すような長径がジェット噴流ａの方向と一致する楕円形、および図５の（ｆ）に示すようなジェット噴流ａの方向に長いスリット状などの形状がある。なお、これらの開口部７は、ジェット噴流ａに沿った方向の寸法が、ジェット噴流ａに直交する方向の寸法よりも大きいとも言い換えることができる。
　開口部７が図５において（ａ）～（ｃ）に示すように楔形または菱形の形状を有するときは、ジェット噴流ａに対して上流側の頂角θは９０度未満であり、好ましくは５～６０度であり、特に好ましくは１０～３０度である。
　気流ｂとして噴出される気体は、通常は空気であるが、窒素ガスや炭酸ガス、燃焼ガスなど、空気以外の気体であってもよい。気流ｂは、開口部７から連続的に噴射してもよいが、間歇的に噴射すれば気体の消費量を更に削減できる。気流ｂを噴射する頻度は、１０回／秒以上が好ましいが、１００回／秒を超えても得られるジェット騒音低減効果は殆ど差がない。デューティ比は、図６に示すように１周期における気流ｂの噴射時間であるが、０．１～０．９の範囲が好ましく、特に０．３～０．８の範囲が好ましい。デューティ比が０．１未満のときはジェット噴流ａと外気との間における渦の形成を抑制する効果が十分に獲られず、したがって、十分なジェット騒音低減効果が得られないことがあり、デューティ比が０．９を超えると連続噴射と殆ど差がなくなるから、気体消費量の削減効果が殆ど無い。
（１）実施例１、２、参考例１～４
　図１に示す形態の超音速ノズル１の側壁４、５に楔形（実施例１，２）、または円形（参考例１～４）の開口部７を形成し、開口部７からジェット噴流ａに直交する方向に気流ｂを噴射した。超音速ノズル１の流路の幅を２０ｍｍとし、スロート部６の高さＨを２．８ｍｍとした。そして、スロート部６よりも上流側を高さ７．５ｍｍのストレートな流路とした。出口の高さを５．９ｍｍとした。
　そして、ノズル入口全圧が０．２７ＭＰａ（ａ）であり、ノズル出口静圧が大気圧であるという条件でノズル入口から出口に向かってジェット噴流ａとして空気を噴射した。そして、超音速ノズル１の出口から１２０ｍｍ後方であってジェット噴流ａからの距離が１３０ｍｍの点においてジェット噴流ａの音圧をマイクロフォン（Bruel & Kjaer社製、4939型）で測定した。
　実施例１においては、開口部７の上流側の頂角θを１４度とし、下流側における高さｗを０．４７５ｍｍとした。したがって、ｗ／Ｈは０．１９である。また、実施例２においては、開口部７の上流側の頂角θを２７度とし、下流側における高さｗを０．５７５ｍｍとした。したがって、ｗ／Ｈは０．２３である。
　一方、参考例１～４においては、開口部７の直径ｄを０．３ｍｍ（参考例１）、０．５ｍｍ（参考例２）、０．８ｍｍ（参考例３）、１．０ｍｍ（参考例４）とした。したがって、ｄ／Ｈは、夫々０．１１、０．１８、０．２９、０．３６となる。開口部７における気流ｂの全圧については、実施例１、２および参考例１～４のいずれにおいても０．２ＭＰａ（ａ）から０．６ＭＰａ（ａ）の範囲に設定した。なお、気流噴射全圧は絶対圧力で記述されているため、０．１ＭＰａ（ａ）の場合には気流は噴射されないことになる。結果を図７に示す。
　図７に示すように、開口部７が円形のときは、直径が０．３ｍｍ（ｄ／Ｈ＝０．１１）および０．５ｍｍ（ｄ／Ｈ＝０．１８）の場合は、開口部７における全圧が０．６ＭＰａの場合においても０．２～０．８ｄＢ程度とジェット騒音低減効果は小さかった。そして、直径が０．５ｍｍ（ｄ／Ｈ＝０．２９）および１．０ｍｍ（ｄ／Ｈ＝０．３６）のときに初めて３～４ｄＢ（全圧＝０．６ＭＰａ）と十分なジェット騒音低減効果が得られた。
　これに対して実施例１および２においては、参考例１～４のｄ／Ｈに相当するｗ／Ｈが０．１９～０．２３と参考例３および４におけるｄ／Ｈよりも小さいにも拘らず、全圧０．６ＭＰａで３ｄＢ程度と、参考例３および４と同等のジェット騒音低減効果が得られた。
　また、図８に示すように、３ｄＢ程度のジェット騒音低減効果を得るために必要な気流ｂの流量とジェット噴流ａの流量との比率である抽気％は、実施例１および２では２．５～３％であったのに対し、参考例３および４では４％以上に達した。
　このことから、開口部７が楔形であれば、丸型の場合に比較してより少ない気体流量で同等のジェット騒音低減効果が獲られることが判る。
　実施例１のジェットノズルを用いて全圧０．６ＭＰａ（ａ）の条件で開口部７から気流ｂを噴射したときは、図９に示すように、特に１０ｋＨｚ以上の高周波領域における音圧レベルが低くなっていることが判る。人間の可聴周波数は２０Ｈｚ～２０ｋＨｚと言われているが、実施例では人間の可聴周波数よりも大きな周波数まで計測を行った。実施例で用いたジェット噴流のノズルの寸法は実機ジェットエンジンの１／１００と小さいため、実施例で計測される騒音周波数は、実機ジェットエンジンで計測されるであろう騒音周波数の１００倍程度になると考えられる。つまり、図９の１０ｋＨｚは実機ジェットエンジンでの１００Ｈｚ程度に相当する。
（２）実施例５～７、参考例５
　開口部７が直径０．８ｍｍの円形状である超音速ノズル１を用い、開口部７から連続噴射した場合（参考例５）、１０回／秒の頻度で噴射した場合（実施例５）、５０回／秒の頻度で噴射した場合（実施例６）、および１００回／秒の頻度で噴射した場合（実施例７）について、抽気％と音圧減少量（ｄＢ）との関係を求めた。なお、デューティ比（ＤＲ）については、０．３、０．５、および０．８の３点に設定し、気流ｂの全圧は０．６ＭＰａ（ａ）とした。結果を図１０に示す。
　図１０に示すように、抽気％が１．６６％および２％のときは、連続噴射の場合は夫々０．４ｄＢおよび１ｄＢの音圧減少量しか得られなかったのに対し、間歇噴射の場合は、２～２．５ｄＢの音圧減少量が得られた。そして、間歇噴射の頻度が１０回／秒（ｆ＝１０Ｈｚ）のときと５０回／秒（ｆ＝５０Ｈｚ）のときとでは、後者のほうが前者よりもより大きな音圧減少量が得られたのに対し、間歇噴射の頻度が５０回／秒（ｆ＝５０Ｈｚ）のときと１００回／秒（ｆ＝１００Ｈｚ）のときとでは、音圧減少量に殆ど差が無かった。
　このことから、開口部７が円形の場合であっても、気流ｂを間歇噴射することによって連続噴射の場合と同等のジェット騒音低減効果を達成するのに必要な抽気％を減少させることができることが判る。また、気流ｂの噴射頻度は１０回／秒以上が好ましいが、１００回／秒を超えてもジェット騒音低減効果は殆ど向上しないことが判る。また、デューティ比は０．３～０．８の範囲が好ましいことが判る。
（３）実施例８～１０、参考例６
　実施例２で使用した超音速ノズル１を用い、頂角θが２７度の開口部７から連続噴射した場合（参考例６）、１０回／秒の頻度で噴射した場合（実施例８）、５０回／秒の頻度で噴射した場合（実施例９）、および１００回／秒の頻度で噴射した場合（実施例１０）について、抽気％と音圧減少量（ｄＢ）との関係を求めた。なお、デューティ比（ＤＲ）については、０．３、０．５、および０．８の３点に設定し、気流ｂの全圧を０．６ＭＰａ（ａ）とした。結果を図１１に示す。
　図１１に示すように、連続噴射の場合においても、３％と参考例５の４％よりも少ない抽気％で２．５ｄＢと十分な音圧減少量が得られたが、間歇噴射の場合は、噴射頻度が５０Ｈｚおよび１００Ｈｚの場合には、高々１．５％の抽気％で連続噴射の場合とほぼ同等の音圧減少量が得られた。このことから、開口部７がジェット噴流の方向に沿って拡大する楔形の場合であっても、気流ｂを間歇噴射することによって気流ｂを噴射するのに必要な抽気％を更に減少させることが出来ることが判る。
　なお、これらの実施例においては、間歇噴射の頻度は１０～１００回／秒が効果的なことが判ったが、間歇噴射の好適な頻度は超音速ノズルのような噴流ノズルのサイズによって変動するものであり、１０～１００回／秒の範囲には限定されないと考えられる。
　本発明は、亜音速または超音速のジェット噴流以外に、風洞の排気騒音など、噴流と周囲の空気との間の摩擦によって生じる騒音を低減させるのに使用できる。
符号の説明
１ 超音速ノズル
２ ランプ
３ カウル
４ 側壁
５ 側壁
６ スロート部
７ 開口部

Claims (13)

  1. 騒音を低減しようとする噴流に向かって間歇的に気流を噴射する噴流騒音低減方法。
  2. 騒音を低減しようとする噴流が噴射されるノズルの壁面または壁面端部近傍に形成され、前記噴流に沿った方向に投影した投影面積が、断面積が同一の円形の開口部よりも小さな形状を有する開口部から前記噴流に向かって気流を噴射する噴流騒音低減方法。
  3. 騒音を低減しようとする噴流が噴射されるノズルの壁面または壁面端部近傍に形成され、断面積がその前後よりも小さなスロート部を有する超音速ノズルから前記噴流に向かって気流を噴射する噴流騒音低減方法。
  4. 前記気流を間歇的に噴射する請求項２または３に記載の噴流騒音低減方法。
  5. 前記開口部は前記噴流の方向に沿って拡がる形状に形成されている請求項２～４の何れか１項に記載の噴流騒音低減方法。
  6. 前記噴流は亜音速噴流であり、前記気流は、前記亜音速噴流が噴射される亜音速ノズルの壁面における出口近傍、または前記亜音速ノズルの出口より後方における出口近傍において前記亜音速噴流に向かって噴射される請求項１～５の何れか１項に記載の噴流騒音低減方法。
  7. 前記噴流は超音速噴流であり、前記気流は、前記超音速噴流が噴射される超音速ノズルのスロート部よりも下流側において噴射される請求項１～５の何れか１項に記載の噴流騒音低減方法。
  8. 前記超音速ノズルは矩形断面を有し、前記気流が噴射される開口部は前記超音速ノズルの壁面、または壁面端部近傍に形成されている請求項７記載の噴流騒音低減方法。
  9. 噴流が噴出される噴流ノズルであって、前記噴流に沿った方向の投影面積が、断面積が同一の円形の開口部よりも小さな形状を有し、前記噴流に向かって気流を噴射する開口部が壁面、または壁面端部近傍に形成された噴流ノズル。
  10. 前記気流は前記開口部から間歇的に噴射される請求項９に記載の噴流ノズル。
  11. 前記開口部は前記噴流の方向に沿って拡がるように形成されている請求項９または１０に記載の噴流ノズル。
  12. 断面積がその前後よりも小さいスロート部を有する超音速ノズルであり、前記開口部は前記スロート部よりも下流側に形成されている請求項９～１１の何れか１項に記載の噴流ノズル。
  13. 矩形状の断面を有し、前記開口部は壁面または壁面端部近傍に形成されている請求項１２に記載の噴流ノズル。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6375118B1 (en) * 2000-08-30 2002-04-23 The Boeing Company High frequency excitation apparatus and method for reducing jet and cavity noise
US6571549B1 (en) * 2001-10-05 2003-06-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Jet noise suppressor
JP2005195019A (ja) * 2003-12-30 2005-07-21 General Electric Co <Ge> 振動ジェットを使用してジェットエンジン排気騒音を低減するための装置
JP2006322458A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 United Technol Corp <Utc> 一次流体流れを二次流体流れ中へ噴射する噴射装置、混合装置、混合方法、および制御方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6375118B1 (en) * 2000-08-30 2002-04-23 The Boeing Company High frequency excitation apparatus and method for reducing jet and cavity noise
US6571549B1 (en) * 2001-10-05 2003-06-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Jet noise suppressor
JP2005195019A (ja) * 2003-12-30 2005-07-21 General Electric Co <Ge> 振動ジェットを使用してジェットエンジン排気騒音を低減するための装置
JP2006322458A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 United Technol Corp <Utc> 一次流体流れを二次流体流れ中へ噴射する噴射装置、混合装置、混合方法、および制御方法

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