JPS6010168B2 - 非対称吸音処理を施した吸音ダクト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は吸音ダクトに関し、特に非対称的または周方向
に不連続な音響処理を施した吸音ファンに関する。

本発明はその代表的用途として航空機ジヱットェンジン
フアン入口用の非対称騒音抑制吸音ラィニングに関する
。「発明の背景」 吸音ダクトにおけるライニングとして使用される吸音材
は通常ダクトの軸線に対して対称的に用いられる。

すなわち、その吸音材料は任意の轍方向または長さ方向
位置において周方向に連続的である。たとえば、ジェッ
トエンジンファンの入口通路における吸音ラィニングは
ファンカウリングまたはケーシングの内面の３６００全
体にわたって用いられる。これは米国特許第３５４２１
５２号に示されている。この特許における吸音材料は、
広音域の騒音を吸収するための同調された共鳴空胴機造
体を有するハニコム形パネルである。この吸音パネル自
体とカウリングの両方に侵入液排出手段が設けられてい
る。「発明の構成および効果」本発明の改良された非対
称吸音処理技術は上記の適用例に対して有利であるが、
他の様々な用途たとえば工業用ガスタービンの消音器等
に利用されｔ また音響ホーンの指向性パターンの修正
にも適用されうる。

吸音ダクト内で発生する音を吸収するための非対称また
は周万向に不連続の吸音ラィナは「周方向におけるその
位置と範囲によってへ前記ダクトの一端から発せられた
音の指向性を選択的に変える能力を有するということが
わかった。

発生した音やト騒音の指向性を変えることによって当該
音や騒音の指向性パターンの所定角度城において音抑制
効果を選択的に強めることができる。本発明では〜内面
に吸音ラィニングを取り付けたガスタービンヱンジン用
吸音ダクトにおいてもダクトの周面の一部をあるいは相
対向する複数部分を覆うように吸音うベニングが長手方
向に延びていて「その閥方向長さの合計が吸音ダクトの
全局より短か〈なっているＧこの構成の結果「必要な角
度域においてのみ音抑制効果を得るようにしｔ必要とし
ない角度城における吸音ラィニングを省略し「全体に吸
音処理されているものと全体としてなお同等の音抑制の
効果が得られる。

そして「吸音ラィニングを行う部分にはも吸音効果のみ
から吸音材料を選定できも吸音ラィニングを行わないと
ころでは空気抵抗の減少や水処理効果の向上が得られる
。実施例として〜航空機ジェッドェンジンファソダクト
内に生じたファンの騒音は「ダクト内面の上側部分だけ
を処理することによってファンダクド入口の概して下方
における角度城において選択的に抑制される。

比較的高い吸音率を有する繊維吸音材料を使用可能であ
りもそして例えば聡０。半筒形吸音ラィニングの場合も
地上観測者に対する騒音抑制量は３６Ｑｏ全周処理の場
合とほぼ同じである。かくしてその利点は所要吸音材料
または所要重量が減ることであり〜逆に言えば「同じ処
理量に対して効果が高まることである。その理論的な根
拠は、剛性または硬壁ダクトの無処理の下側内面による
音の反射が比較的良好であることと関係があるものと信
じられる。他の実施例はサイドローブ（ｓｉｄｅｌｏｂ
ｅ）抑織用の非対称処理吸音ダクトであり〜 これは１
対の対向吸音片を有する吸音ラィニングを含む。各擬音
片は指向性パターンにおける反対側サィドロ−ブーの選
択的抑制もすなわち横方向の吸音に有効である。これは
所望の選択的効果を得るため吸音タドクＮこおいて吸音
材料を非対称的に配設することの多様な適用性を例示す
るものである。本発明によれば「 また「第２の吸音ラ
ィニングがファンまたはその他の吸音ダクトの残りの内
面の全部のまたは一部の処理に用いられる。

すなわち「鞠方向に延びる比較的剛性の硬壁ダクトの内
面の閥方向の一部に第１の吸音ラィニングが該ダクぶの
軸線に対して非対称に取り付けられ〜前記ダクトの内面
の局方向の残部に第２の吸音ラィニングが取り付けられ
る。第１と第２の吸音ラィニングが組合わさって瀞方向
に連続していて「前記吸音ラィニングは〜各え藤方向お
よび周万向に連続していて実質的に中断されない。第１
の吸音ラィニングの吸音率は第２の吸音ラィニングの吸
音率より高く「前記ダクトの端から出る音の指向性を変
え〜所定の角度城において音抑制を必要に応じて強め〜
非対称指向性パターンを作るようにしている偽このよう
な構成の結果「例えば第１の吸音ラィニングを耐久性と
ダクト内侵入液の良好な排出とも、う点から選定しも第
２の吸音ラィニングを低廉な費用と蔵し、吸音率の組合
わせを得るように選びち吸音ダクトの全体的性能を高め
る効果が得られる。

言い換えると「音抑制とダクト機能とのバランスを広範
囲に定めることができる。「実施例の説明」本発明は一
般に音または騒音の抑制に使用される吸音ダクトに適用
しうるものであるがも第百〜噂図に関して詳述する適用
例は離陸または着陸中地上で闘える騒音の程度を減らす
ための航空機ジェットエンジン入口ダクト用の非対称ま
たは周方向不蓮続吸音ラィニングである。

第亀図においても符号官肌ま総括的なダタトフアン形タ
ーボジェットエンジンを示す。エンジン電肌ま環状の流
線形ファンダタト空気通路富官を有し「 この通路は流
線形断面の環状カウリングまたはファンケーシング亀孝
とカウリング亀２内に延在する適当なエンジンナセル構
造体重議とによって形成される。ナセル構造体育３はし
その前方部分だけの輪郭が図示されておＧ「適当な圧縮
機と燃焼器とタービンを収容する。このタービンはその
機能の一部としてファン亀噂を駆動する。ファン軍亀‘
まカゥリング電鰹の前端とナセル機造体育稗との間の空
気通路官富内を鞠方向に流れる空気を駆動してエンジン
に推進力を与えｔまた第２の入口空気通路１５内に空気
を送り込んで圧縮機に空気を供給する。ファン空気流の
大部分はカウリング１２の内面とガス発生器ポットケー
シング１７の外面とによって形成される環状排気ノズル
開口１６を通って流出する。圧縮機入口空気通路１５は
入口ケーシング１７と前方に突出する涙滴状のファン装
着および駆動構造体１８との間に形成される。ケーシン
グ１７の外面は前述のハニコム形共鳴室吸音パネル１９
で適当にラィニングされる。この種のターボファンジェ
ットエンジンに関してさらに多くの情報を得るには「米
国特許第３５４０６８２号を参照すればよい。第２図に
明示のごとく、カウリング亀２内面には非対称半筒形吸
音ライニング２０が取付けられている。

本発明のこの実施例においてトライニング２０は内面上
半分だけを覆う。この構造体を以下非対称処理ファンダ
クトと称する。ファンダクトの上半分に１８０ｏ吸音処
理を施すことによって、地上観測者に対する騒音の抑制
は、公知の３６０ｏ吸音処理の場合とほとんどまたはほ
ぼ同じになる。これをさらに説明すると、ファン１４に
よって発せられる騒音の指向性は、所定方向、この場合
は音源の概して下方において騒音圧力レベルの抑制が優
先的に増進されるよう変えられる。ファン１４は広音域
の騒音を発し、そしてジェットエンジンの主騒音源であ
る。様々な吸音ラィニング材料、例えば、前述の米国特
許第３５４２１５２号に開示のハニコム形共鳴室吸音パ
ネルを用いることができるが、比較的高い吸音率をもつ
繊維吸音材料を用いることが好ましい。吸音ラィニング
２川まファンダクトの上半分だけを覆うので、侵入液の
排出が可能な材料を使用する必要性は「実質的に皆無に
はならないとしても、減少する。適切な繊維吸音材料は
例えばガラス繊維「ステンレス鋼線、ダクト高温部分用
硬質線等である。５０％または非対称処理ファンダクト
の利点は明白である。

というのは、従来の３６０ｏ処理の場合と事実上同じ騒
音抑制効果が、半分の費用と重量で得られるからである
。処理重量を最小にするほか、上記およびその他の繊維
吸音材料の１平方フート当りの費用をハニコム形共鳴室
吸音パネルのそれより少なくしうる。代替的に、処理重
量を同じにした場合は騒音抑制効果が高まる。さらに、
円滑な無処理ダクト面上の空気の流れが改良されるので
、ファンダクト内の空気流損失を少なくしうる。半筒形
の５０％処理ファンダクトの入口端から発散する騒音の
変更非対称指向性パターンを第３図に示す。

実験ファンダクト２１の上半分は吸音処理半筒形である
が「その下半分は無処理半円筒である。測定は無反響室
でゼネラルエレクトリックＣＦ６ジェットエンジンファ
ンの３分の１尺度モデルを用いて行われ、このファンは
９０％設計回転速度で運転された。比較の基準として〜
同じ吸音材料を用いた無処理ファンダクトと３６００全
周処理ファンダクトの対称指向性パターンをそれぞれ点
線と破線でしめす。ダクト入口直下では、全周吸音処理
によって発生する音圧しベルの減少は約＆旧である。新
規な１８０ｏ処理を施して得た非対称指向性パターンを
実線で示す。図示のように〜ダクト入口の概して下方お
よび前方における広角度城にわたって、１８０ｏ処理を
用いた騒音抑制量は３６００処理の場合とほぼ同じであ
る。測定デー夕によれば、全周処理の場合に比べて１８
００処理による騒音減少は、ダクトの前方延在軸線に対
して下方に測った５０ｏ〜１１０ｏの角度城にわたって
ほとんど同じである。ダクト入口直前は騒音抑制効果は
全周処理による効果ほど良好ではない。しかし、これら
の空間域では騒音抑制について心配する必要は比較的少
ない。というのは、吸音処理の主要目的は地上の人間に
悶える騒音の減少にあるからである。ダクト入口真上で
は〜１８０ｏ処理の騒音抑制効果は３６０ｏ処理のそれ
の約半分である。非対称吸音処理は軸対称騒音源用とし
て図示されているが、この非対称処理によって達成され
た騒音の方向変更は採用吸音材料の種類に無関係である
。そして非対称処理の周方向位置によって、選択的な騒
音抑制がなされる方向が全体的に決定されるということ
が理解される。したがって、他の用途においてファン騒
音を減らす場合、ファンダクトの上半分ではなくその下
半分に吸音処理を施せば、ダクト入口の下方ではなく上
方で騒音抑制効果が選択的に高まる。非対称に吸音処理
されたファンダクトまたは他の吸音ダクトから発散する
音の指向性変向の理論的解釈は定かではないが、それは
ダクト内面による音の反射によって説明しうるものと信
じられる。

軸対称的に設置されたファンによって発せられる広音域
の騒音はあらゆる方向に発散しｔその昔波の一部は処理
した半筒形ダクト面に入射し、他の部分は無処理の半筒
形ダクト面に入射し、さらに他の一部はファンダクトの
端部から直接発散する。処理した上半分に衝突した音は
その一部が吸収されそして他部が反射される。他方ｔダ
クトの無処理の下半分に入射した音は、その無処理の下
半分が滑らかな板金パネルで裏張りされているので、ほ
とんどすべてが反射される。ダクトの無処理の下半分に
よって反射された音の一部は処理上した半分に入射され
、そこで部分的に吸収される。逆に処理した上半分によ
って反射された音の一部は下半分に向かい「そこで再び
反射され、吸音処理した上半分に向かう。結局、吸収さ
れなかった音のェネルギはダクト入口の外へ放散する。
しかし「ただちに理解されるように、ダクト入口の近く
で無処理の下半分から反射した比較的高い音圧しベルの
ェネルギは概して上方に発散し、他方処理した上半分か
らダクト入口の外へ反射した比較的低い音圧しベルのヱ
ネルギは概して下方に発散する。したがって〜指向性パ
ターンは非対称であり、選択的な抑音増進は吸音材料の
周万向位置によって決定される。これらの結果は「角度
範囲が１８０ｏより大きいかまたは小さい弓形非対称処
理に一般に適用可能であり、その限界はいずれの側でも
実用上の考慮および所望の用途により、所望の選択的騒
音抑制量に対する吸音材料のコストを勘案して決定され
る。さらに、本発明は円形以外の形、たとえば長方形や
正方形の断面をもつ吸音ダクトいも一般的に適用しうる
。第４図に示す別の実施例では、最適な騒音抑制効果を
得るため２種の異なる吸音ラィニング材料を使用する。

これは航空機ジヱットェンジン用ファンンダクトの場合
に特に良く例示される。この実施例によれば「 カゥリ
ング軍２の内面の上半分は繊維吸音材料の吸音ラィニン
グ２８で裏張りされＬその下半分は前述のハニコム形共
鳴室吸音構造パネルの吸音ラィニング２２で裏張りされ
る。第２の吸音ラィニング２２は耐久性と侵入液の良好
な排出という利点を有し、他方、第１の吸音ラィニング
２０の吸音処理材料は低廉な費用と高い吸音率の組合せ
を得るよう選ばれることが望ましい。吸音ラィニング２
２は適当な金属またはプラスチックのような剛性材料で
作られるかまたはそのような材料の面板を有し、そして
繊維吸音材料の吸音ラィニング２０よりも容易に音を反
射する。このようにファンダクトの全周処理をなすこと
によって、指向性パターンは全体的に改良され、ダクト
入口の上方および前方における騒音の減少が良好になる
とともに、ダクトの上半分に一層良好な吸音材料を使用
したことによるダクト入口の概して下方における高い騒
音減少効果はこの場合も確保される。図示のごとく周方
向に連続的な処理をなす変わりに、両種の吸音処理材料
間に間隙を設けてもよい。第５図に示す本発明の他の実
施例は、非対称吸音処理の原理をサイドローブ（ｓｉｄ
ｅｌｏｂｅ）の抑制に適用した場合を例示する。

この場合のダクト２３は他の用途例えば工業用ガスター
ビン消音器、または音響ホーン構造体における使用に適
する硬壁吸音ダクトである。原理を説明すると、ガスタ
ービソ消音器に対する適用の場合「騒音を居住区域から
そらすことが望ましいであろう。この場合「同じ吸音材
料の、直径方向に対向する２個の弓形の吸音片２４ａ，
２４ｂを用いる。ダクト２３はその直径と少なくとも等
しいかまたはそれより大きい長さを有し、そして吸音片
２４ａ，２４ｂはダクト全長またはその特定部分にわた
って軸方向に錘在する。サイドローブを有する対称指向
性パターンを発生させる騒音源を仮定すると「非対称左
方吸音片２４ａの効果は指向性パターンの右側における
サイドローブを抑制することであり〜 これに反し、非
対称右方吸音処理片２４ｂの効果は指向性パターンの左
側におけるサイドローブを抑制することである。その結
果として両側に選択的な騒音抑制が生じるよう指向性パ
ターンが変わるが「それに対する説明はファンダクトに
対する適用の場合と同様であり、再述を要しない。サイ
ドローブ抑制用の吸音片２４ａ，２４ｂの所要円弧範囲
は容易に決定されうる。ファンダクトの場合（第４図参
照）のように「 ２種の異なる吸音材料の使用によって
全体的な騒音減少が改良される。この際サイドローブ抑
制用の吸音片２４ａ，２９ｂを比較的高い吸音率をもつ
材料で作ることは理解されよう。要約すれば、吸青ダク
トから生じる音または騒音を抑制するための非対称吸音
ラィニングは、周方向に適当に配置された時、所望の結
果を得るに必要な吸音材料の量を極めて少なくする利点
を有し、あるいは逆に言えば、同一処理量に対して一層
高い効果をもたらす。また、地上におけるジェットエン
ジンファンの騒音の減少とサイドローブ抑制用吸音ダク
トについて説明したが、他の多様な適用が可能である。
以上、本発明のいくつかの好適実施例について説明した
が、それらの態様と細部は本発明の概念を逸脱すること
なく様々に改変可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による非対称半筒形吸音ラィニングを備
えたファンダクトを有するダクトファン形航空機ジェッ
トエンジンの前方部分の略式側面図で、該前方部分を部
分的に縦断面図で示す。 第２図は第１図の２−２線にそう入口ファンダクトまた
はケーシングだけの垂直断面図で、地上観測者に対する
選択的な騒音抑制用の１８０ｏ非対称吸音処理を示す。
第３図は筒形のジェットエンジンファンダクトに吸音処
理を施さない場合と、３６０ｏ吸音処理を施した場合と
、１８０ｏ吸音処理を施した場合の実験で得た３種の指
向性パターンを示す。第４図は第２図に類似の断面図で
、経済的効果および騒音抑制効果を最適にするため２種
の異なる吸音ラィニング材料を用いた本発明の他の態様
を示す。第５図サイドローブ抑制のために非対称処理を
施した吸音ダクトの断面図である。図において、１２は
ファンケーシング、２０は非対称吸音ラィニングを表す
。夕琢Ｊ 多姦２ 偽８ 孫を４ 孫額夕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内面に吸音ライニングを取りつけたガスタービンエ
   ンジン用吸音ダクトにおいて、ダクトの周面の一部をあ
   るいは相対向する複数部分を覆うように吸音ライニング
   が長手方向に延びていて、その周方向長さの合計が吸音
   ダクトの全周より短いことを特徴とする吸音ダクト。 ２ 軸方向に延びる比較的鋼性の硬壁ダクトの内面の周
   方向の一部に第１の吸音ライニングが該ダクトの軸線に
   対して非対称に取り付けられ、前記ダクトの内面の周方
   向の残部に第２の吸音ライニングが取り付けられ、第１
   と第２の吸音ライニングが組合わさって周方向に連続し
   ていて、前記吸音ライニングは、各々軸方向および周方
   向に連続していて実質的に中断されないものであり、第
   １の吸音ライニングの吸音率は第２の吸音ライニングの
   吸音率より高く、前記ダクトの端から出る音の指向性を
   変え、所定の角度域において音抑制を必要に応じて強め
   るようにしたことを特徴とする非対称指向性パターンを
   作るようにした音抑制吸音ダクト。