(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する航空機の外部表面に受ける風及び乱流の双方を含む大気状態で使用する音響センサであって、前記音響センサは、
前記航空機の飛行方向に近接して配向された軸線に沿って長手方向に伸びる流線形の形状を有するプローブ筐体を備え、前記プローブ筐体はその外表面に所定間隔で前記軸線の方向へ内部に向かって伸び前記軸線に沿った長手方向の特定の位置に配置された１組の複数の陥凹部を有し、
前記音響センサは、前記プローブ筐体の表面の各開口から前記軸線に向かって内部に伸び、前記軸線に沿った長手方向の特定の位置に配置された１組の所定間隔で形成される放射状の気流の通路を備え、前記各開口は前記陥凹部の各１つに配置され、
前記音響センサは前記プローブ筐体の内部の中央のマニホールドを形成する手段を有し、前記通路は前記中央のマニホールドに没入し、
前記音響センサは前記マニホールドの中の音響信号を検知するため前記中央のマニホールドと連結される１つのマイクロホンを有し、
前記軸線に沿った前記長手方向の特定の位置は前記軸線に沿った方向において前記風の中で変動に起因する前記音響信号におけるノイズを最小にするような位置であり、前記陥凹部は前記軸線に対する横風に起因する前記音響信号におけるノイズを最小にするような深さを有することを特徴とする音響センサ。
【請求項２】
前記プローブ筐体は前記通路の近傍において対称な横断面の形状を有し、前記通路は等間隔に配置され4n個あり、ここでｎは整数を示すことを特徴とする請求の範囲１の音響センサ。
【請求項３】
ｎ＝１であり、前記通路は前記軸線の周りに90゜間隔で配置されることを特徴とする請求の範囲２の音響センサ。
【請求項４】
請求の範囲３の音響センサにおいて、前記プローブ筐体は前記通路の近傍において以下の等式に対応する横断面形状を有することを特徴とする請求の範囲３の音響センサ。
ｒ（x,θ）＝Ｒ（ｘ）｛１−ａ（ｘ）cos2（２θ）｝
／｛１−ａ（ｘ）＋.375a2（ｘ）｝
ここにおいてｘは前記軸線に沿った位置であり、Ｒ（ｘ）は前記横断面形状の平均半径を意味し、ａ（ｘ）は前記陥凹部の深さである。
【請求項５】
ａ（ｘ）が少なくとも概ね0.1745であることを特徴とする請求の範囲４の音響センサ。
【請求項６】
前記プローブ筐体は前記通路の近傍において偏心状の横断面形状を有することを特徴とする請求の範囲１の音響センサ。
【請求項７】
前記偏心状の横断面形状は菱形であることを特徴とする請求の範囲６の音響センサ。
【請求項８】
前記プローブ筐体はその表面に各陥凹部から後方に伸び前記通路から水滴を除去するための短い溝を有することを特徴とする請求の範囲１の音響センサ。
【請求項９】
風の中で使用される音響センサであって、前記音響センサは前記風の主な方向に配向された軸線に沿って長手方向に長く伸びた流線形の形状を有するプローブ筐体を備え、前記プローブ筐体はその外表面に所定間隔で前記軸線の方向へ内部に向かって伸び前記軸線に沿った長手方向の特定の位置に配置された１組の複数の陥凹部を有し、
前記音響センサは、前記プローブ筐体の表面の各開口から前記軸線に向かって内部に伸び、前記軸線に沿った長手方向の特定の位置に配置された１組の所定間隔で形成される放射状の気流の通路を備え、前記各開口は前記陥凹部の各１つに配置され、前記通路は前記通路の中央のマニホールドに没入し、
前記音響センサは前記マニホールドの中の音響信号を検知するため前記中央のマニホールドと連結される１つのマイクロホンを有し、
前記プローブ筐体は前記通路の近傍において以下の等式に対応する横断面形状を有することを特徴とする音響センサ。
ｒ（x,θ）＝Ｒ（ｘ）｛１−ａ（ｘ）cos2（２θ）｝
／｛１−ａ（ｘ）＋.375a2（ｘ）｝
ここにおいてｘは前記軸線に沿った位置であり、Ｒ（ｘ）は前記横断面形状の平均半径を意味し、ａ（ｘ）は前記陥凹部の深さである。
【請求項１０】
ａ（ｘ）が少なくとも概ね0.1745であることを特徴とする請求の範囲９の音響センサ。
【請求項１１】
前記プローブの筐体はその表面に各凹部から後方に伸び前記通路から水滴を除去するための短い溝を有することを特徴とする請求の範囲９の音響センサ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はグライダーのような航空機に搭載されるマイクロホンを含む型式の航空音響センサに関し、特に低ノイズ特性を有するこの種のセンサに関わる。
背景技術
航空音響センサあるいはマイクロホンはセンサの周囲のノイズを誘発する空気の乱流のためその性能において制限されている。ある種の乱流は常に存在しておりマイクロホンによってピックアップされ大きなノイズを発生する。
ピッチ、ヨー及びスピードに対して実質的に影響を受けない静圧プローブはA.M.O.Smith、A.B.Bauerにより、"Static−Pressure Probes That Are Theoretically Insensitive To Pitch,Yaw and Mach Number,"J.FLuid Mechanics、（1970）、vol.44、part3、pages513〜528で発表され、この中で、筐体は４つの陥凹部を有するクローバ葉形の横断面形状を有し、筐体内の４つの放射状の開孔の各１つが４つの陥凹部のそれぞれの１つに組込まれている。この刊行物中で明らかにされているように、主な利点は４つの放射状の開孔の交点（筐体の中央）における静圧は横風の速度に影響を受けないことである。もし、４つの放射状の開孔が筐体に沿って長手方向の圧力係数がゼロである位置（つまり、筐体表面における圧力が周りの大気圧に等しいところ）に配置された場合、そのとき理論上静圧の完全な測定は４つのマイクロホンの開孔の交点において得られる。しかしながら、静圧プローブはスピードを測定するには有益であるが、音波あるいは音響信号を検出するものに関するものではない。
発明の開示
本発明は搭載される航空機の進行方向に沿って長手の先端が細くされた空気力学的形状（疑似銃弾）に形成されたマイクロホンの筐体に関する。筐体は筐体の表面から筐体の長手方向の軸線へ向かって伸びる４つの放射状のマイクロホンの開孔あるいは通路を含み、軸線の位置には１つのマイクロホンが配置される。長手方向の軸線方向から見た筐体の横断面形状はクローバ葉状である。横方向から見た筐体の横断面形状は薄く先端が細くされ、４つの放射状のマイクロホンの開孔の長手方向の位置において圧力係数がゼロであるように選択された形状である。
クローバ葉状の横断面形状の利点は放射状の開孔の交点において検出される音響信号は大気の乱流の直交方向の速度成分に起因するノイズに殆ど影響を受けないことである。圧力係数がゼロである長手方向位置に４つの放射状の開孔を配置する利点は４つの放射状の開孔の交差点で検出される音響信号は大気の乱流の軸線方向の速度の変動に起因するノイズに実質的に影響を受けないことである。その結果本発明の航空音響プローブは乱流によって引き起こされるノイズの影響を実質的に受けないものである。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の航空音響プローブの側面図である。
図２は図１の航空音響プローブの底面方向の横断面図である。
図３は図１の航空音響プローブの縦軸線に沿った位置の関数とした圧力係数のグラフであり、放射状のマイクロホンの開孔の最適位置を図示する。
発明の実施形態
図１及び図２に関し、長手方向の軸線12に対して対称である流線形の空気力学的な筐体10は、筐体10が取り付けられる航空機の進行方向に対向する曲面状の先端14を有する。図１の実施例において、筐体10の表面にある４つの等距離の開口から長手方向の軸線12に向かって内部へ放射状に形成される４つのマイクロホンの通路16、18、20、22がある。放射状の通路16〜22はマイクロホン28への極短い長手方向の通路26に連結される交点24において交わる。プローブの筐体10が中実であるならば通路16〜22は穿孔され、一方、筐体10が中空であるなら、通路16〜22はチューブあるいはそれに類似のものである。
筐体10の長い形状（図１の側面図に示される）は、４つの放射状のマイクロホンの通路16〜22の長手方向の軸線12における位置で圧力係数がゼロとなるように選択される。好ましい実施例では、これは公知の計算による流体力学の手法により達成される。典型的な例として、図１の形状は5000フィート（1524メートル）の高度において秒速185フィート（56.4メートル）の対気速度を用いて計算により、また流体力学の計算による手法において線の強さ（line strength）が毎秒31.83立方インチ（521.6立方センチメートル）の均一な空気力学の線源を先端14から後方へ.006インチ（.01524センチメートル）から4.206インチ（10.683センチメートル）の間に、第２の線の強さが毎秒0.84立方インチ（13.77立方センチメートル）の均一な空気力学の線源を先端14から後方へ2.356インチ（5.984センチメートル）から3.506インチ（8.905センチメートル）の間に特定することにより創作された。この形状において、図３のグラフに図示されるように、先端14から後方へ軸線12に沿って測定された1.5インチ（3.81センチメートル）から2.3インチ（5.84センチメートル）の筐体の表面の領域において圧力係数はゼロである。この実施例において、放射状通路16〜22は長手方向に先端14から2.25インチ（5.715センチメートル）後方へ置き換えられる。この尾部への配置は通路16〜22がマイクロホン28のための適切なスペースとしての領域に接近するように選択された。勿論、熟練した作業者が圧力係数がゼロである異なった位置を有する他の筐体の形状を容易に定めることもでき、本発明を実施するに当り好適な何れの筐体の形状を定めることができる。
４つの放射状通路16〜22の近傍において、筐体は図２に示されるクローバ葉の横断面形状を有する。図２の実施例では、クローバ葉状の横断面形状は次の等式に従って導きだされる。
ｒ（x,θ）＝Ｒ（ｘ）｛１−ａ（ｘ）cos2（２θ）｝
／｛１−ａ（ｘ）＋.375a2（ｘ）｝
ここにおいてｘは軸線12に沿った位置であり、Ｒ（ｘ）は図２の横断面形状の平均半径であり、ａ（ｘ）は図２のクローバ葉形の偏心距離を決定する。この偏心距離は４つの放射状通路16〜22が収まる筐体10の表面の４つの放射状の陥凹部30、32、34、36の深さに一致する。この実施例において、偏心距離係数ａ（ｘ）は交点の通路26において検出される圧力が横風の乱流に影響を受けないようにするために穴16〜22に近接した範囲で0.1745であるように選択されなければならない。
他の変更も可能である。例えば、図２の軸対称の形状よりむしろ、角を落とされた菱形形状（前述の参照刊行物に記載されたものと同様なもの）が使用可能であり、この場合、最適な実施のためにはａ（ｘ）は0.1975である。しかしながら、図２のクローバ葉の実施例がより優れた実施特性を有するものと思われる。上述の等式は、例えば、コサインを他の関数（例えば指数）と置き換えることにより修正可能である。最後に、陥凹部及び放射状の通路の数は８あるいは12などの４の倍数で増加することができるが、これらの増加は製造の困難性も増すものであり、それ故より好ましいものではない。
図２のクローバ葉の横断面形状（あるいはその変形）は放射状の通路16〜22の長手方向の位置の附近においてのみ存在することが必要とされ、筐体10の他の部分においては異なる（例えば円形）の横断面形状を有していてもよい。
通路16〜22を閉塞する雨滴の形成を防ぐため、各放射状の通路16〜22から後方に向かって平行に短い長さの通路の直径とほぼ等しい深さの小さい溝40がプローブの表面に切られてもよい。
概して、サイズは性能を決定する上で非常に重要な要素であり、より良い性能はより小さいサイズのプローブによって達成される。限界は、勿論、プローブ筐体10の内部に収納されるマイクロホン28のサイズによる。
【図１】
0003612075.tif 000002
【図２】
0003612075.tif 000003
【図３】
0003612075.tif 000004