(57)【要約】【課題】ジェットエンジンの空力性能を低下させることなくさらなる騒音の低減を図る。【解決手段】マイクロジェットノズル１の開口端面１ａが、当該マイクロジェットノズル１の延在方向Ｌ１に直交する直交面Ｍに対してジェット流に向けて傾斜されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジェットエンジンの主ジェットノズル周りに配置される複数のマイクロジェットノズルを備え、該マイクロジェットノズルからジェット流に向けて流体を噴射することによって騒音を低減する騒音低減装置であって、
前記マイクロジェットノズルの開口端面が、当該マイクロジェットノズルの延在方向に直交する直交面に対して前記ジェット流に向けて傾斜されていることを特徴とする騒音低減装置。
【請求項２】
前記マイクロジェットノズルの開口端面が、前記主ジェットノズルの周方向にさらに傾斜されていることを特徴とする請求項１記載の騒音低減装置。
【請求項３】
全ての前記マイクロジェットノズルの開口端面が、前記主ジェットノズルの周方向の一方向に傾斜されていることを特徴とする請求項２記載の騒音低減装置。
【請求項４】
前記開口端面が前記主ジェットノズルの周方向の一方向に傾斜されている前記マイクロジェットノズルと、前記開口端面が前記主ジェットノズルの周方向の他方向に傾斜されている前記マイクロジェットノズルとを備えることを特徴とする請求項２記載の騒音低減装置。
【請求項５】
前記マイクロジェットノズルの延在方向から見た前記開口端面の形状が半円形状であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の騒音低減装置。
【請求項６】
前記開口端面から噴出された前記流体を前記直交面に対してさらに傾斜させて案内する案内部を備えることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の騒音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジェットエンジンの主ジェットノズル周りに配置される複数のマイクロジェットノズルを備え、該マイクロジェットノズルからジェット流に向けて流体を噴射することによって騒音を低減する騒音低減装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、非特許文献１には、ジェットエンジンの主ジェットノズル周りに配置される複数のマイクロジェットノズルを備える騒音低減装置が記載されている。
この騒音低減装置は、各マイクロジェットノズルから空気をジェット流に向けて噴射することによって、ジェット流に起因する騒音の低減を図るものである。
【０００３】
一方で、非特許文献１には、上述の騒音低減装置において、マイクロジェットノズルを主ジェットノズルの軸に対して傾斜させて配置することによって、さらなる騒音の低減を図る技術が提案されている。
このようにマイクロジェットノズルを主ジェットノズルの軸に対して深く傾斜させて配置することによって、マイクロジェットノズルから噴射された空気とジェット流との混合が促進され、これによってさらに騒音を低減することが可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Brenton Greska, Anjaneyulu Krothapalli, John M. Seiner, Bernard Jansen, Lawrence Ukeiley, [The Effects of Microjet Injection on an F404 Jet Engine], 11th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference (26th AIAA Aeroacoustics Conference) 23-25 May 2005, Monterey, California, AIAA 2005-3047
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マイクロジェットノズルを主ジェットノズルの軸に対して深く傾斜させて配置する場合には、マイクロジェットノズルが主ジェットノズルの外側に向けて突出されることとなる。このため、ジェットエンジンにおけるナセル抵抗が増大する。したがって、マイクロジェットノズルを主ジェットノズルの軸に対して深く傾斜させて配置する場合には、騒音の低減が図れるものの、ジェットエンジンの空力性能が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ジェットエンジンの空力性能を低下させることなくさらなる騒音の低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００８】
第１の発明は、ジェットエンジンの主ジェットノズル周りに配置される複数のマイクロジェットノズルを備え、該マイクロジェットノズルからジェット流に向けて流体を噴射することによって騒音を低減する騒音低減装置であって、上記マイクロジェットノズルの開口端面が、当該マイクロジェットノズルの延在方向に直交する直交面に対して上記ジェット流に向けて傾斜されているという構成を採用する。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記マイクロジェットノズルの開口端面が、上記主ジェットノズルの周方向にさらに傾斜されているという構成を採用する。
【００１０】
第３の発明は、上記第２の発明において、全ての上記マイクロジェットノズルの開口端面が、上記主ジェットノズルの周方向の一方向に傾斜されているという構成を採用する。
【００１１】
第４の発明は、上記第２の発明において、上記開口端面が上記主ジェットノズルの周方向の一方向に傾斜されている上記マイクロジェットノズルと、上記開口端面が上記主ジェットノズルの周方向の他方向に傾斜されている上記マイクロジェットノズルとを備えるという構成を採用する。
【００１２】
第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記マイクロジェットノズルの延在方向から見た上記開口端面の形状が半円形状であるという構成を採用する。
【００１３】
第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、上記開口端面から噴出された上記流体を上記直交面に対してさらに傾斜させて案内する案内部を備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、マイクロジェットノズルの開口端面が、当該マイクロジェットノズルの延在方向に直交する直交面に対してジェット流に向けて傾斜されている。このような開口端面から噴射される流体の噴射方向は、主ジェットノズルの軸に対して、マイクロジェットノズル自体よりも深く傾斜される。したがって、本発明によれば、マイクロジェットノズル自体を主ジェットノズルの軸に対して深く傾斜させることなく、マイクロジェットノズルから噴射される流体のジェット流に対する進入角度を深くすることが可能となる。
よって、本発明によれば、ジェットエンジンの空力性能を低下させることなくさらなる騒音の低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態における騒音低減装置を備えるジェットエンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における騒音低減装置の概略構成を示す模式図であり、主ジェットノズルの軸と直交する方向から見た図である。
【図３】本発明の第１実施形態における騒音低減装置の概略構成を示す模式図であり、主ジェットノズルの軸方向から見た図である。
【図４】本発明の第１実施形態における騒音低減装置の備えるマイクロジェットノズルの開口端面を拡大した模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態における騒音低減装置の原理を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態における騒音低減装置の概略構成を示す模式図であり、主ジェットノズルの軸方向から見た図である。
【図７】本発明の第２実施形態における騒音低減装置の備えるマイクロジェットノズルの開口端面を拡大した模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態における騒音低減装置の備えるマイクロジェットノズルを延在方向から見た図である。
【図９】本発明の第３実施形態における騒音低減装置の概略構成を示す模式図であり、主ジェットノズルの軸方向から見た図である。
【図１０】本発明の第４実施形態における騒音低減装置の概略構成を示す模式図であり、主ジェットノズルの軸方向から見た図である。
【図１１】本発明の第４実施形態における騒音低減装置の備えるマイクロジェットノズルを延在方向から見た図である。
【図１２】本発明の騒音低減装置の変形例を示す図であり、マイクロジェットノズルを延在方向から見た図である。
【図１３】本発明の騒音低減装置の変形例を示す図であり、マイクロジェットノズルを側方から見た図である。
【図１４】本発明の騒音低減装置の変形例を示す図であり、マイクロジェットノズルを延在方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る騒音低減装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の騒音低減装置Ｓ１を備えるジェットエンジン１０の概略構成図である。
この図に示すように、ジェットエンジン１０は、ファン２０と、圧縮機３０と、燃焼器４０と、タービン５０と、主ジェットノズルＮとを備えている。
【００１８】
図２及び図３は本実施形態の騒音低減装置Ｓ１の概略構成を示す模式図であり、図２が主ジェットノズルの軸Ｌに直交する方向から見た図であり、図３が主ジェットノズルの軸Ｌ方向から見た図である。これらの図に示すように、本実施形態の騒音低減装置Ｓ１は、マイクロジェットノズル１と、流量調節弁２とを有している。
【００１９】
マイクロジェットノズル１は、ジェット用エンジンの主ジェットノズルＮ周りに複数配置されており、主ジェットノズルＮの外壁面に沿って固定されている。これらのマイクロジェットノズル１は、開口端面１ａから主ジェットノズルＮから噴射されるジェット流Ｘに対して空気Ｙ（流体）を噴射するものである。
なお、これらのマイクロジェットノズル１は、ジェットエンジンが備える不図示の圧縮機と接続されており、圧縮機から供給される空気を噴射する。
【００２０】
図４は、マイクロジェットノズル１の開口端面１ａを拡大した模式図である。この図に示すように、本実施形態の騒音低減装置Ｓ１において各マイクロジェットノズル１の開口端面１ａは、マイクロジェットノズル１の延在方向Ｌ１に直交する直交面Ｍに対してジェット流Ｘに向けて傾斜されている。より詳細には、本実施形態の騒音低減装置Ｓ１においてマイクロジェットノズル１の開口端面１ａは、直交面Ｍに対して角度α傾斜されている。
ここで、主ジェットノズルＮの軸Ｌ（図４においては軸Ｌと平行な軸Ｌ２）に対する空気Ｙの噴射角度θは、マイクロジェットノズル１の軸Ｌに対する傾斜角度をβとした場合に、下式（１）にて近似することができる。
θ≒０．５・（α＋３β）……（１）
【００２１】
ここで、マイクロジェットノズル１の開口端面１ａを傾斜させたことによる偏向角度をγとすると、偏向角度γは下式（２）で近似することができる。
γ≒０．５・α……（２）
【００２２】
また、ジェット流Ｘに引き込まれる効果を角度ηとすると、角度ηは、下式（３）で近似することができる。
η≒０．５・β……（３）
【００２３】
そして、図４から、噴射角度θは、マイクロジェットノズルの傾斜角度βと、開口端面１ａの傾斜角度αと、角度ηの総和で近似できることが分かる。このことから、容易に式（１）が導き出せることが理解できる。
【００２４】
なお、偏向角度γが生じる理由は、開口端面を傾斜させることによってマイクロジェットノズル内の静圧の分布が発生するためである。流体は、圧力一定面が沿って流れようとする性質があるが、上述のようにマイクロジェットノズル内の静圧分布が発生すると、図５に示すように、圧力一定面が傾斜することとなり、この結果、偏向角度γが生じて空気Ｙの流れ方向が偏向する。
【００２５】
上述のようにマイクロジェットノズル１の開口端面１ａを傾斜させることによって空気Ｙが傾斜されて噴射する原理については、「44th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA 2006-485, Further Steps in LES-Based Noise Prediction for Complex Jets」に記載されている。
【００２６】
そして、式（１）から分かるように、マイクロジェットノズル１の開口端面１ａを直交面Ｍに対してジェット流Ｘ方向に傾斜させた場合には、主ジェットノズルＮの軸Ｌに対する空気Ｙの噴射角度θは、マイクロジェットノズル１の軸Ｌに対する傾斜角度βよりも大きくなる。
これはマイクロジェットノズル１から噴射される空気Ｙの噴射方向が、主ジェットノズルＮの軸Ｌに対して、マイクロジェットノズル１自体よりも深く傾斜されることを意味する。
【００２７】
図２及び図３に戻り、流量調節弁２は、マイクロジェットノズル１に供給される空気Ｙの流量を調節するものである。なお、流量調節弁２は、マイクロジェットノズル１への空気Ｙの供給を停止することも可能に構成されている。また、流量調節弁２は、各マイクロジェットノズル１に対して設けられている必要はなく、図２及び図３に示す全てあるいはいくつかの流量調節弁２がまとめられた構成を採用することも可能である。
【００２８】
以上のように構成された本実施形態の騒音低減装置Ｓ１においては、流量調節弁２が開口されることによって圧縮機から空気Ｙが各マイクロジェットノズル１に供給される。そして、各マイクロジェットノズル１に供給された空気Ｙは、開口端面１ａから噴射されてジェット流Ｘと混合される。そして、開口端面１ａからの空気Ｙがジェット流Ｘの混合層に噴射されることによって、ジェット流Ｘに起因する騒音の低減が図られる。
【００２９】
ここで、本実施形態の騒音低減装置Ｓ１によれば、マイクロジェットノズル１の開口端面１ａが、当該マイクロジェットノズル１の延在方向Ｌ１に直交する直交面Ｍに対してジェット流Ｘに向けて傾斜されている。このため、開口端面１ａから噴射される空気Ｙの噴射方向は、主ジェットノズルＮの軸Ｌに対して、マイクロジェットノズル１自体よりも深く傾斜される。したがって、本実施形態の騒音低減装置Ｓ１によれば、マイクロジェットノズル１自体を主ジェットノズルＮの軸Ｌに対して深く傾斜させることなく、マイクロジェットノズル１から噴射される空気Ｙのジェット流Ｘに対する進入角度を深くすることが可能となる。
このように、本実施形態の騒音低減装置Ｓ１によれば、マイクロジェットノズル１を主ジェットノズルＮの外壁に沿って固定することによってナセル抵抗の増大を抑制し、さらには、空気Ｙのジェット流Ｘに対する進入角度を深くすることによって大きな騒音低減効果を得ることができる。
したがって、本実施形態の騒音低減装置Ｓ１によれば、ジェットエンジンの空力性能を低下させることなくさらなる騒音の低減を図ることが可能となる。
【００３０】
なお、空気Ｙのジェット流Ｘに対する進入角度は、深すぎる場合及び浅すぎる場合において騒音の低減効果が低く、６０°程度が最も騒音の低減効果が高い。したがって、開口端面１ａの傾斜角度αは、式（１）に基づいて、空気Ｙのジェット流Ｘに対する進入角度が６０°となるように設定することが好ましい。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００３２】
図６は、本実施形態の騒音低減装置Ｓ２の概略構成を示す模式図であり、主ジェットノズルＮの軸Ｌ方向から見た図である。また、図７は、本実施形態の騒音低減装置Ｓ２が備えるマイクロジェットノズル１の開口端面１ａを拡大した模式図である。また、図８は、本実施形態の騒音低減装置Ｓ２が備えるマイクロジェットノズル１を延在方向Ｌ１から見た図である。
【００３３】
そして、図８に示すように、本実施形態の騒音低減装置Ｓ２においては、マイクロジェットノズル１の開口端面１ａが、上記第１実施形態に加えて、さらに主ジェットノズルＮの周方向に角度γ傾斜されている。
また、本実施形態の騒音低減装置Ｓ２においては、図６に示すように、全てのマイクロジェットノズル１の開口端面１ａが、主ジェットノズルＮの周方向の一方向に傾斜されている。
【００３４】
なお、本実施形態の騒音低減装置Ｓ２における空気Ｙの噴射方向は、図７に示すように、主ジェットノズルＮの軸Ｌ（図７においては軸Ｌと平行な軸Ｌ２）に対しての垂直面における傾斜角度θｒと、水平面における傾斜角度θｔとによって規定される。
また、傾斜角度θｒは下式（２）によって近似することができ、傾斜角度θｔは下式（３）によって近似することができる。
θｒ≒ａｔａｎ｛ｔａｎ（θ）・ｃｏｓ（γ）｝……（２）
θｔ≒ａｔａｎ｛ｔａｎ（θ）・ｓｉｎ（γ）｝……（３）
【００３５】
このような構成を採用する本実施形態の騒音低減装置Ｓ２によれば、各マイクロジェットノズル１の開口端面１ａから噴射される空気Ｙのジェット流Ｘの混合層に対する噴射範囲が広くなる。このため、より効率的にジェット流Ｘに起因する騒音の低減を図ることが可能となる。したがって、例えば上記第１実施形態の騒音低減装置Ｓ２と同程度の騒音の低減を図る場合には、マイクロジェットノズル１の数を減少させることが可能となる。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の説明において、上記第１実施形態あるいは第２実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００３７】
図９は、本実施形態の騒音低減装置Ｓ３の概略構成を示す模式図であり、主ジェットノズルＮの軸Ｌ方向から見た図である。
この図に示すように、本実施形態の騒音低減装置Ｓ３は、主ジェットノズルＮの周方向において、９０°の範囲ごとに、マイクロジェットノズル１の周方向での傾斜方向が変更されている。
すなわち、本実施形態の騒音低減装置Ｓ３は、開口端面１ａが主ジェットノズルＮの周方向の一方向に傾斜されているマイクロジェットノズル１と、開口端面１ａが主ジェットノズルＮの周方向の他方向に傾斜されているマイクロジェットノズル１とを備える。
【００３８】
このような構成を採用する本実施形態の騒音低減装置Ｓ３によれば、上記第２実施形態の騒音低減装置Ｓ２と同様に、各マイクロジェットノズル１の開口端面１ａから噴射される空気Ｙのジェット流Ｘの混合層に対する噴射範囲が広くなり、効率的な騒音の低減を実現することができる。
これに加えて、本実施形態の騒音低減装置Ｓ３によれば、開口端面１ａが主ジェットノズルＮの周方向の一方向に傾斜されたマイクロジェットノズル１から噴射される空気Ｙと、開口端面１ａが主ジェットノズルＮの周方向の他方向に傾斜されたマイクロジェットノズル１から噴射される空気Ｙとが衝突する方向に噴射されるため、空気Ｙによってジェット流Ｘが旋回することを抑制し、ジェットエンジンの推力損失を抑制することが可能となる。
【００３９】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本第４実施形態の説明において、上記第１〜第３いずれかの実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００４０】
図１０は、本実施形態の騒音低減装置Ｓ４の概略構成を示す模式図であり、主ジェットノズルＮの軸Ｌ方向から見た図である。また、図１１は、本実施形態の騒音低減装置Ｓ４が備えるマイクロジェットノズル１を延在方向Ｌ１から見た模式図である。
これらの図に示すように、本実施形態の騒音低減装置Ｓ４は、主ジェットノズルＮの周方向において、交互にマイクロジェットノズル１の周方向での傾斜方向が変更されている。
すなわち、本実施形態の騒音低減装置Ｓ４も、上記第３実施形態の騒音低減装置Ｓ３と同様に、開口端面１ａが主ジェットノズルＮの周方向の一方向に傾斜されているマイクロジェットノズル１と、開口端面１ａが主ジェットノズルＮの周方向の他方向に傾斜されているマイクロジェットノズル１とを備える。
【００４１】
そして、このような構成を採用する本実施形態の騒音低減装置Ｓ４によれば、上記第２実施形態の騒音低減装置Ｓ３と同様に、効率的な騒音の低減を図ると共に、ジェットエンジンの推力損失を抑制することが可能となる。
【００４２】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態においては、マイクロジェットノズル１の延在方向Ｌ１から見た開口端面１ａの形状が円形状であるある構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図１２に示すように、マイクロジェットノズル１の延在方向Ｌ１から見た開口端面１ａの形状が半円形状である構成を採用することもできる。
このような構成を採用することによって、マイクロジェットノズル１を主ジェットノズルＮに対してより密着した形状とすることができ、開口端面１ａを傾斜させることによる空気Ｙの噴射角度の変化を大きくすることが可能となる。
【００４４】
また、図１１に示す構成に加えて、図１３及び図１４に示すように、開口端面１ａから主ジェットノズルＮに向かう円弧形状の案内部３を設置し、開口端面１ａから噴射された空気Ｙを、直交面Ｍに対してさらに傾斜させて案内するようにしても良い。
このような案内部３を騒音低減装置に備えさせることによって、案内部３によるコアンダ効果によって、空気Ｙの噴射角度を軸Ｌに対してより深くすることが可能となる。
【００４５】
また、上記実施形態においては、図２等に示すように、合計で１６本のマイクロジェットノズル１が設置された構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、マイクロジェットノズル１の本数は、要求される騒音の低減効果に応じて任意に変更可能である。
【００４６】
また、上記実施形態においては、開口端面１ａが平面である構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、開口端面が曲面や屈曲面であっても良い。
【００４７】
また、上記実施形態においては、本発明の流体として空気Ｙを用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、流体として水蒸気等の他の流体を用いることも可能である。
【００４８】
また、上記実施形態においては、ジェットエンジンの圧縮機によって生成された圧縮空気をマイクロジェットノズル１に供給し、騒音低減装置が流体の供給装置を備える必要のない構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、騒音低減装置が別途流体の供給装置を備える構成を採用することもできる。この場合には、必ずしも流量調節弁２を設置する必要はない。
【符号の説明】
【００４９】
Ｓ１〜Ｓ４……騒音低減装置、１……マイクロジェットノズル、１ａ……開口端面、２……流量調節弁、３……案内部、Ｘ……ジェット流、Ｙ……空気（流体）、Ｍ……直交面、Ｎ……主ジェットノズル、Ｌ……軸、Ｌ１……延在方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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