(57)【要約】【課題】  広範囲の騒音周波数を減衰することが可能な、改善された騒音減衰特性を有するライナアセンブリを提供する。【解決手段】  ライナアセンブリが、通路の長さに比べてはるかに小さい開口部が一体となって広い開口領域を提供する、複数の整列した通路を備える。複数の通路は、互いに平行に配置され、入射する音波に対して横方向の開口部を含む。通路は、壁に区切られるとともに、開口部から遠位の端部で塞がれる。ライナ面に入射する音波は、通路に入り、粘性損失によって散逸される。音エネルギーは、さらに通路の壁に熱エネルギーとして散逸される。長く狭い通路により、幅広い周波数範囲にわたる音エネルギーの望ましい粘性熱損失を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々、開口部と長さとを有する複数の通路を備え、前記複数の通路の各々の長さは、各通路の幅の少なくとも５０倍であることを特徴とする音響ライナアセンブリ。
【請求項２】
前記複数の通路が、実質的に互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項３】
前記複数の通路が、互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項４】
前記開口部が、円形の孔を備えることを特徴とする請求項１に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項５】
前記開口部が、スロットを備えることを特徴とする請求項１に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項６】
前記開口部が、不規則な形状の開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項７】
前記開口部が、入射する音波に対して横方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項８】
前記複数の通路の前記開口部が合同して、入射する音波を受信する開口領域を提供し、前記開口領域は、前記ライナアセンブリ全体の面積のほぼ８０％より大きいことを特徴とする請求項１に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項９】
前記比率は、９０対１より大きい関係を備えることを特徴とする請求項１に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項１０】
前記通路は、前記通路の幅が前記開口部から離れる方向に減少するように、テーパ状であることを特徴とする請求項１に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項１１】
前記テーパ状通路が、厚さが異なる電気めっきを備えることを特徴とする請求項１０に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項１２】
前記ライナアセンブリが、航空機エンジンのハウジングの一部を備えることを特徴とする請求項１に記載の音響ライナアセンブリ。
【請求項１３】
内側表面を画成するハウジングと、
前記内側表面に入射する音響エネルギーを受ける複数の通路を含んだ、前記内側表面に配置されたライナと、
を備え、
前記複数の通路の各々は、前記複数の通路の各々の幅の少なくとも５０倍の長さを有することを特徴とする航空機エンジンのハウジングアセンブリ。
【請求項１４】
前記長さが、前記複数の通路の各々の幅の少なくとも７５倍であることを特徴とする請求項１３に記載の航空機エンジンのハウジングアセンブリ。
【請求項１５】
前記長さが、前記複数の通路の各々の幅の少なくとも１００倍であることを特徴とする請求項１３に記載の航空機エンジンのハウジングアセンブリ。
【請求項１６】
前記複数の通路の各々は、前記幅が開口部から離れる方向に減少するように、テーパ状であることを特徴とする請求項１３に記載の航空機エンジンのハウジングアセンブリ。
【請求項１７】
前記複数の通路の各々は、互いに平行に整列していることを特徴とする請求項１３に記載の航空機エンジンのハウジングアセンブリ。
【請求項１８】
前記複数の通路の各々は、円形であることを特徴とする請求項１３に記載の航空機エンジンのハウジングアセンブリ。
【請求項１９】
前記複数の通路の各々は、スロット状であることを特徴とする請求項１３に記載の航空機エンジンのハウジングアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね音響ライナに関する。より詳細には、本発明は、音響ライナ面からの音の反射を最小化する音響ライナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のナセルライナは、複数の開口部を含むフェースシートに覆われた騒音減衰構造を含む。開口部は、騒音および音響エネルギーを騒音減衰構造に伝え、騒音減衰構造で、音響エネルギーは散逸される。フェースシートは、複数の開口部によって提供される開口領域を含み、その領域は一般にフェースシート全体の面積の２０％未満である。フェースシート内の開口部によって提供される開口領域は、最も望ましくない騒音周波数を減衰させるよう構成される。調整された限られた開口領域によって、一部の周波数の音エネルギーが、散逸されるのを防ぎ、代わりにその音エネルギーをナセル内に反射して戻す。開口領域をより大きくすることにより、減衰可能な騒音周波数の範囲を向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
不都合なことには、フェースシート内に提供可能な開口部の数およびサイズに実用的な限界がある。さらに、特定の周波数の騒音を減衰するようにライナを調整することは可能であるが、そのような調整は、有効に減衰することのできる周波数の範囲を制限することになる。開口領域を増加させると、減衰可能な音の周波数の範囲を増加させることができるが、開口部の数およびサイズは、開口領域要件とのバランスをとりながら、望ましい製造効率をも提供すべきである。
【０００４】
従って、広範囲の騒音周波数を減衰することができる、改善された騒音減衰特性を有するライナアセンブリを開発、設計することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示のライナアセンブリは、通路の長さよりはるかに小さい開口部が合同して広い開口領域を提供する複数の実質的に平行な通路を含む。
【０００６】
例示のライナアセンブリは、反射性ではなく、散逸性（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｖｅ）で、音エネルギーを熱エネルギーに変換する。例示のライナアセンブリは、複数の通路を含み、複数の通路は、実質的に互いに平行に整列し、入射する音波に対して横方向の開口部を含む。通路は、壁によって区切られ、開口部から遠位の端部で塞がれている。ライナ面に入射する音波は、通路に入り、粘性損失よって散逸される。
【０００７】
音波は、次にライナの遠位末端に向かって移動し、遠位末端において実質的に剛性なバックウォールで反射して、ライナ面に向かって伝播して戻る。音響波がライナ面から遠位末端に伝播し、その後ライナ面に戻る時間中に、音響波は、狭い通路内で粘性熱損失（ｖｉｓｃｏ−ｔｈｅｒｍａｌ  ｌｏｓｓ）によって大幅に減衰される。ライナから逃れる音響エネルギーが、幅広い周波数に亘って最小限となり、これによりライナは無響とみなされる。音エネルギーは、さらに、熱エネルギーとして通路の壁に散逸される。音響エネルギーは、複数の通路内で増加された粘性熱損失によって減衰される。
【０００８】
通路の各々は、開口部の幅よりはるかに大きい長さを含む。長く狭い通路は、幅広い周波数範囲の音エネルギーに望ましい粘性熱損失を提供する。通路の長さは、航空機のライナに応用する場合は１．０インチ未満であってよく、従来のライナアセンブリと比べて、全体としての厚さが大幅に薄い厚さのライナを提供する。
【０００９】
開口部の幅は、通路の長さと比較して非常に小さく、他の多くの通路と合同してライナ面上に比較的広い開口領域を提供し、かつライナ内に広い表面積を提供して、ライナ内の音エネルギーの散逸を最大化する。ライナ面の開口領域は、８０％より大きい。広い開口領域は、実質的にほとんど音を反射しない実質的に無響のライナを提供する。ライナ面から反射される騒音エネルギー量の低減により、騒音エネルギーの粘性熱散逸を大幅に向上させる。
【００１０】
従って、本発明による例示のライナアセンブリは、従来の方法で構成された音響ライナより広い周波数範囲に亘って騒音減衰を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、航空機エンジンアセンブリ１０が概略的に示されており、燃焼器１６に供給される流入空気を圧縮する圧縮機１４を含む。燃焼器１６において、燃料は、圧縮空気と混合され、点火される。結果として生じる高速の排気ガスが、タービン１８を駆動し、タービン１８は、圧縮機１４を駆動する。エンジンアセンブリ１０は、エンジンアセンブリを周囲から保護するハウジング１２を含み、空気を圧縮機ファン１５に導く。エンジンアセンブリ１０は、ハウジング１２から伝播する音エネルギーを生成する。
【００１２】
ハウジング１２は、内側表面２０と音響ライナ２２とを含む。音響ライナ２２は、圧縮機ファン１５の前方と、タービン１８の後方と、に配置される。音響ライナ２２は、ハウジング１２の前方と後方とに配置されるが、音の減衰を必要とするハウジング１２内の他の位置も、分流器２５などの音響ライナ２２を含んでもよい。音響ライナ２２は、音エネルギーを吸収してハウジング１２から放出される音エネルギーの規模を低減する。エンジンアセンブリ１０を例にとって説明するが、騒音の減衰を要する他の構造またはダクトも、本発明の開示より利益を受ける。
【００１３】
図２を参照すると、例示のライナ２２は、互いに平行に整列した複数の通路２８を含む。ライナ２２は、反射性ではなく散逸性で、音エネルギーを熱エネルギーに変換する。通路２８には、音エネルギーを反射することができる極端な面積の変化はない。ライナは、音エネルギーが面に向かってほとんど又は全く反射されないように、通路２８内で音エネルギーを大幅に散逸する。通路２８の各々は、入射する音波２４に対して横方向の開口部３０を含む。通路２８は、壁３２によって区切られ、開口部３０から遠位の端部で塞がれている。ライナ２２の面３８に入射する音波は、通路２８に入り、粘性損失によって散逸される。音エネルギーは、さらに、壁３２への熱エネルギーとして散逸される。従って、ライナ２２は、複数の通路２８内で、増加された粘性熱損失を通して音エネルギーを減衰する。
【００１４】
通路２８の各々は、開口部の幅３４よりはるかに大きい長さ３６を含む。長さ３６は、幅３４の少なくとも９０倍である。長さ３６は、幅３４の１００倍より大きいことが好ましく、さらに好ましくは、長さ３６は、幅３４の１００倍よりはるかに大きく、幅３４の５００倍を超える。長く狭い通路２８は、幅広い周波数範囲において音エネルギーに、望ましい粘性熱損失を提供する。
【００１５】
通路の長さ３６は、０．７５インチから１．５インチで、従来の音響ライナアセンブリに比べて、ライナ２２全体として大幅に薄い厚さを提供する。開口部３０の幅３４は、通路２８の長さ３６と比較して非常に小さく、他の多くの通路と合同して、ライナの面３８上に比較的広い開口領域を提供する。面３８の開口領域は、８０％より大きく、好ましくは、９０％〜９５％の範囲内である。広い開口領域は、実質的にほとんど音を反射しない実質的に無響のライナを提供する。面３８から反射される騒音エネルギー量の低減は、騒音エネルギーの粘性熱散逸を大幅に向上させる。
【００１６】
望ましい開口領域は、開口部３０の幅３４を望ましく小さい幅にするために、壁厚をごく薄くする必要がある。目的は、極端に薄い通路壁を用いることによって、開口領域と、ライナ内の表面積とを最大にすることである。開口部の幅３４は、幅３４と長さ３６との比を望ましくするために、可能な限り小さくすることが望ましい。幅３４がより小さく、かつ壁３２がより薄いほど、総開口領域は大きくなる。９０％〜９５％の望ましい開口領域とするには、０．７５インチ〜１．５インチの範囲の通路の長さ３６に関して小さい開口幅３４が必要である。通路２８に対応する幅３４は、０．００２インチ未満で提供され、望ましい開口領域を維持するために比較的薄い壁厚が必要である。
【００１７】
図３を参照すると、少なくとも９０％に等しい開口領域を有するライナに関する、幅（ｗ）と、吸収される音響エネルギー量と、の関係を示したグラフである。グラフは、１．５インチの厚さを有するライナが、どのようにして開口部３０の幅（Ｗ）に応じて異なる周波数の音響エネルギーを吸収することができるか、を示す。図示のように、様々な周波数に関する音響エネルギーパーセントは、開口幅が同じ開口領域に関して減少するにつれて、増加する。吸収される音響エネルギーパーセントが９０％を超えると、無響とみなされる。９０％の開口領域と０．００２インチ未満の開口幅では、ライナは、７５０Ｈｚを超える全ての周波数で、実質的に無響である。
【００１８】
図４を参照すると、反射される音響エネルギーパーセントは、図３に示されたのと同じ周波数範囲に亘って幅（Ｗ）の関数として示される。グラフは、０．００２インチ未満の開口幅で大部分の周波数に関して、反射音響エネルギーがどうのように低減されるかを示す。０．００２より大きい開口幅では、特定の周波数に関して反射エネルギーが大きく増加する。しかしながら、より小さい望ましい幅（Ｗ）では、反射エネルギーパーセントは、全ての周波数に関して実質的に一定となる。これによって、フェースシートを調整して最も耳障りな周波数を減衰する必要性が無くなる。０．００２インチ未満の幅を有するライナ２２は、図示の幅広い範囲内の全ての周波数を簡単に減衰する。
【００１９】
図５を参照すると、グラフは、通路の厚さ、すなわち、長さ３６を、１．５インチから０．７５インチに減らすことによる影響を示す。通路を短くしても、０．００２インチ未満の幅では、約２５００ＨＺより大きい周波数に関して、実質的に無響のライナ２２を提供する。従って、長さが短くなった通路２８は、性能を著しく犠牲にすることなく、音響エネルギーを実質的に吸収することができる。
【００２０】
望ましい開口領域と開口幅とを、各通路を極薄の壁で区切った複数の平行な通路を有するセラミックマトリックスからライナ２２を構築することによって、提供することができる。セラミックマトリックスの一例は、０．００２インチの壁厚を有する通路を平方インチあたり９００含み、約８０％の範囲での開口領域を提供することができる。
【００２１】
図６を参照すると、ライナ４０の別の例が概略的に示されており、そのライナ４０は、複数のテーパ状通路４２を含む。テーパ状通路４２は、開口部４７から離れる方向に減少する幅４６を含む。減少する幅４６は、壁４４に適用されるコーティング４５を変化させることによって提供される。コーティング４５は、電気めっき処理によって適用することができる。コーティングの厚さを制御し変化させる、その他の処理を利用することもできる。コーティング４５は、通路４２の最大幅４６を提供する開口部４７の近くでは、実質的に厚さゼロで、各通路４２内に堆積される。コーティング４５は、開口部４７から離れる方向に増加し、開口部４７から遠位の点では、ゼロ幅またはゼロに近い幅の通路を形成する。
【００２２】
この処理と、ライナ４０のテーパ状の構成とによって、より広い開口幅を利用して、望ましい開口領域を提供することができる一方、テーパ状通路によって、音響エネルギーの望ましい粘性熱損失を生み出すよう通路幅が望ましく低減される。通路４２の各々の幅４６は、例えば、０．０１０インチの広い幅４６で始まり、開口部４７から遠位の端部付近では、実質的にゼロに減少する。
【００２３】
図７を参照すると、テーパ状ライナ４０の音響吸収性能を示すグラフが、２５００Ｈｚを超える周波数に関して、実質的に無響のライナを提供するようにより広い幅がどの程度利用できるかを示す。さらに、開口部４７で測定された０．０１インチの開口幅（Ｗ）では、５００Ｈｚを超える周波数に関しては、音響エネルギーの約６０％を吸収することができる。例示のテーパ状ライナ４０の性能は、約１．５インチの長さと、約９０％の開口領域とを有する通路に関するものである。
【００２４】
図８を参照すると、通路の長さを０．７５インチに減らしても、アスペクト比を維持する限り、良好な粘性熱減衰を提供する。また、０．００５インチの開口サイズを用いると、音響吸収パーセンテージは、３０００Ｈｚを超える周波数に関して実質的に無響という結果となる。
【００２５】
図９を参照する。開口部３０を、幅３４，４６を有する例示のライナ２２，４０に関して記述する。幅３４，４６は、任意の形状の開口部３０，４７の最大幅である。開口部は、６０で表されているように円形でもよく、６２で表されているように直線的でもよい。理解されるように、円形の開口部６０は、円形の開口部の直径に等しい幅を含むことになり、直線的な開口部６２は、最小側の長さに等しい幅を含むこととなる。従って、その他の形状が本発明の意図の範囲内である。
【００２６】
図１０を参照すると、別のライナアセンブリ５０が、概略的に表されており、ライナ５０の幅５５に亘って延びる複数のスロットを備えた通路５８を含む。通路５８は、長さ５２よりはるかに小さい幅５６を含む。長さ５２は、幅５６のほぼ９０倍〜１００倍程度の大きさであり、好ましくは幅５６の５００倍を超える。スロットライナアセンブリ５０は、望ましい開口領域を維持し、本明細書で記述した他の例示のライナ２２，４０に関して論じた望ましい長さと幅の関係を含むように開口領域が構成されるため、同様の音響性能を提供する。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態を開示したが、当業者であれば、一部の変更は本発明の範囲内に含まれることが理解できるであろう。従って、本発明の真の範囲および内容を画定するために請求項が検討されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による航空機エンジンおよびハウジングの例の概略図である。
【図２】本発明によるライナアセンブリ例の一部を示す断面図である。
【図３】開口幅と音響エネルギー吸収との関係の例を示すグラフである。
【図４】開口幅と音響エネルギー反射との関係の別の例を示すグラフである。
【図５】開口幅と音響エネルギー吸収との関係の別の例を示すグラフである。
【図６】ライナアセンブリの別の例の断面図である。
【図７】図７に示されたライナアセンブリの開口幅と音響エネルギー吸収との関係の例を示すグラフである。
【図８】開口幅と音響エネルギー吸収との関係の別の例を示すグラフである。
【図９】ライナアセンブリの開口部形状の例の概略図である。
【図１０】本発明によるライナアセンブリの別の例の斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
２２…音響ライナ
２４…入射音波
２６…反射音波
２８…通路
３０…開口部
３２…壁
３４…幅
３６…長さ
３８…ライナ面
【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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