(57)【要約】【課題】排気ノズルの騒音低減特性を改善すると共に、推力ロスの少ない排気ノズルを提供する。【解決手段】排気ノズルは、タービンからの排気ガス流を受けるフローボディ３０Ａ，３０Ｂを具備し、前縁部３２および後縁部４２を含む。前縁部３２は、フローボディ３０Ａ，３０Ｂがエンジンの中心線４０を囲むように、ガスタービンエンジン１２に接続する。後縁部４２は鋸歯状部分２８および非鋸歯状部分２９を含む。鋸歯状部分２８は複数のタブ４４から形成され、フローボディ３０Ａ，３０Ｂから排出されるガスとフローボディ３０Ａ，３０Ｂ外部を通過するガスを混合する。非鋸歯状部分２９は後縁部４２のエンジン中心線４０に対し下方部分に沿って配置される。【選択図】図２
2008069774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用排気ノズルであって、
前記タービンエンジンからの排気ガスを受けるフローボディを具備し、
前記フローボディが、
前記フローボディが前記ガスタービンエンジンの中心線を囲むように、前記ガスタービンエンジンに接続する前縁部と、
後縁部と、
を備え、
前記後縁部が、
前記フローボディからの排出ガスと前記フローボディ外部を通過するガスを混合するための複数のタブから形成される鋸歯状部分と、
前記ガスタービンエンジンの中心線に対して下側となる後縁の下方部分に沿って配置される非鋸歯状部分と、
を有することを特徴とする排気ノズル。
【請求項２】
前記非鋸歯状部分の下流表面が、前記複数のタブのベースと軸方向に同一面上にあることを特徴とする請求項１に記載の排気ノズル。
【請求項３】
前記後縁部の前記非鋸歯状部分が、前記後縁部のおよそ２５〜５０％を含むことを特徴とする請求項１に記載の排気ノズル。
【請求項４】
前記非鋸歯状部分が、前記後縁部の底部に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の排気ノズル。
【請求項５】
前記鋸歯状部分が、前記排気ノズルの後方における前記排気ガスの混合によって生じる低周波騒音を低減することを特徴とする請求項１に記載の排気ノズル。
【請求項６】
前記非鋸歯状部分が、前記排気ガスの高周波騒音を減衰させることを特徴とする請求項１に記載の排気ノズル。
【請求項７】
前記非鋸歯状部分が、前記排気ノズルの下方部分に沿って高周波騒音を低減することを特徴とする請求項６に記載の排気ノズル。
【請求項８】
前記非鋸歯状部分が剪断流を発生し、前記エンジンの中心線から前記非鋸歯状部分への方向に対する高周波騒音の伝播を前記剪断流によって低減することを特徴とする請求項７に記載の排気ノズル。
【請求項９】
前記非鋸歯状部分が、前記エンジンの中心線より下方位置における感知騒音全体のレベルを低減することを特徴とする請求項７に記載の排気ノズル。
【請求項１０】
前記鋸歯状部分がタブの連続配列を含むことを特徴とする請求項１に記載の排気ノズル。
【請求項１１】
前記鋸歯状部分が等間隔に並んだタブの配列を含むことを特徴とする請求項１に記載の排気ノズル。
【請求項１２】
ガスタービンエンジンの排気ガス騒音を低減するための排気ノズルであって、
排気ガスの混合によって生じる低周波騒音を低減するため、前記排気ノズルの後縁部の一部の周りに配置された複数のタブと、
前記複数のタブから放射される高周波騒音を減衰するために設けられた前記後縁部の連続的タブ無し部分と、
を含むことを特徴とする排気ノズル。
【請求項１３】
前記タブ無し部分の下流表面が、前記複数のタブのベースと軸方向に同一面上にあることを特徴とする請求項１２に記載の排気ノズル。
【請求項１４】
前記後縁部の前記タブ無し部分が、前記後縁部のおよそ２５〜５０％を含むことを特徴とする請求項１２に記載の排気ノズル。
【請求項１５】
前記タブ無し部分が、前記後縁部の下方部分に沿って配置されることを特徴とする請求項１２に記載の排気ノズル。
【請求項１６】
前記タブ無し部分が、前記後縁部の底部に沿って配置されることを特徴とする請求項１５に記載の排気ノズル。
【請求項１７】
前記排気ガスから発生する全高周波騒音が、前記タブ無し部分により低減されることを特徴とする請求項１２に記載の排気ノズル。
【請求項１８】
前記タブ無し部分が、前記排気ノズルから前記タブ無し部分に向かって放射される高周波騒音を低減することを特徴とする請求項１７に記載の排気ノズル。
【請求項１９】
前記タブ無し部分が剪断流を発生し、前記タブ無し部分の方向への高周波騒音の伝播を低減し、この方向への感知騒音全体のレベルを低減することを特徴とする請求項１２に記載の排気ノズル。
【請求項２０】
ガスタービンエンジンの排気ノズルからの方向性感知騒音を低減する方法であって、
排気ガスの剪断により生じる低周波騒音を減らすため、前記タービンエンジンの排気ガスを、前記排気ノズルの後縁部に沿って配置された複数のタブにより混合するステップと、
前記タブより生じる高周波騒音を、前記排気ノズルの後縁部に沿って配した連続的なタブ無し部分によって減衰させ、前記連続的なタブ無し部分の方向に向かう高周波騒音を低減するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にガスタービンエンジンに関するもので、特に騒音低減特性を有する排気ノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンにおいて、推力は、高エネルギガスの小さな質量に大きな加速を付与することで得られ、これによりエンジンの前向きの推進力を発生させる。これは主に、圧縮されたコア空気流の中で燃料を燃焼させ、この流れを一つまたは複数のタービンを通過させ、排気ノズルから排出させることにより達成される。一般に、一つのタービンが一つの圧縮機を駆動し、高エネルギガスを発生させる。排気ノズルはガスをさらに加速させる。また第二のタービンを使用しターボファンを駆動させ、一般にコア空気流と同軸の第二の空気流に加速を付与し、排気ノズルを通過させる場合もある。これら二つの空気流は、それぞれの排気ノズルを通じてエンジンから出る際、互いに混合するとともに周辺の空気流と混合する。
【０００３】
ジェットエンジンの騒音の主な音源は、排気空気流の剪断部、すなわち異なる高速の空気流が互いに混合する部分、およびより低速な周辺空気の動きと混合する部分にある。特にターボファンエンジンの場合、第二の空気流は約１０００ｆｔ／秒でエンジンから排出され、コア空気流は約１６００ ｆｔ／秒でエンジンから排出されるが、これらの異なる速度の空気流が混合すると大量の乱流とそれに伴う騒音が発生し、特に低周波騒音が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
各種の航空業界や政府機関によって定められた基準等により、空港近隣住民の生活の質向上を含む様々な目的のために、航空機から発生する騒音全般を削減する努力が行われている。排気ノズルから発生する騒音は航空機騒音の主因であることが長く知られており、排気ガス騒音、特に低周波騒音を削減するための様々な試みが為されている。例えば多くの騒音削減システムは、排気ノズルの下流周辺に沿ってタブを配置し、速度の異なる空気流の混合を円滑に行い、これにより騒音の原因となる剪断流の程度を抑制している。しかしながらこれらのシステムでは、高周波騒音と推力の発生には不利な方法で低周波騒音の削減を達成している。このため、騒音削減特性を改善すると共に、推力ロスの少ない排気ノズルが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はガスタービンエンジンの排気ノズルに関するものである。排気ノズルは、タービンエンジンからの排気ガス流を受けるフローボディを具備し、前縁部および後縁部を含む。前縁部は、フローボディがエンジンの中心線を囲むように、ガスタービンエンジンに接続する。後縁部は鋸歯状部分および非鋸歯状部分を含む。鋸歯状部分は複数のタブから形成され、フローボディから排出されるガスとフローボディ外部を通過するガスを混合する。非鋸歯状部分は後縁部のエンジン中心線に対し下方部分に沿って配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は本発明の排気ノズルを含むタービンエンジン１２を搭載した航空機１０を示す。航空機１０が地上の滑走路１４に対して動作する模様が描かれている。空港における代表的な動作として、航空機１０は滑走路１４に対しアプローチ（線１６に示す）、着陸／離陸（線１８）、上昇（線２０）を行う。離陸および上昇動作の際、航空機１０は一般に最大量の推力を必要とし、それに対応してこれらの動作の間に最大量の騒音を発生する。航空機１０から発生する騒音は、滑走路１４の近傍、例えばＡ，Ｂ，Ｃ地点に居住または作業する人々にとって煩わしく、また破壊的なものである。航空機の騒音は、滑走路１４に対し着陸、離陸動作を行う航空機近傍のＡ，Ｂ，Ｃ地点において特に破壊的である。
【０００７】
航空機１０から発生する騒音の評価試験を行う際には、音響、騒音データを収集する標準試験位置にマイクロフォンが配置される。例えば、人々が最も居そうな場所の近傍における代表的な飛行パターンを評価するため、マイクロフォンをＡ，Ｂ、Ｃ地点に配置する。ある試験の場合、Ａ地点は通常、航空機が３度の滑空角で進入する滑走路１４の始点から２０００メートル地点、Ｂ地点は滑走路１４脇の４５０メートル地点、さらにＣ地点は通常、滑走路１４の始点から６５００メートル地点である。Ａ，Ｂ、Ｃ地点、さらには他の地点で感知される騒音を低減するため、航空機１０のエンジン１２は、本発明に関わる配向した非対称排気ノズルを有している。
【０００８】
図２は航空機１０のガスタービンエンジン１２を示す。エンジン１２は、明確性を期するために仮想線で示されたパイロン１１により航空機１０から懸下されている。エンジン１２は、外側ノズル２２、内側ノズル２４およびテールコーン２６を有する。パイロン１１は、内側ノズル２４に接合され、外側ノズル２２は一部切取られており、パイロン１１をその近傍で受けている。内側ノズル２４は非対称で鋸歯状部分２８と非鋸歯状部分２９を含む。非鋸歯状部分２９は特定方向への騒音伝播を削減するもので、一つの実施形態では、下方への騒音伝播を削減する。本発明の一つの実施形態におけるエンジン１２は、高〜中程度のバイパスのターボファンエンジンであって、分離した排気流を有し、外側ノズル２２はファンノズルを含み、また内側ノズル２４は中心ノズルを含む。しかしながら本発明は他のエンジン構成、例えば混合流または低バイパスターボファンエンジンなどにも使用することができる。さらに本発明は、ターボジェットなど他の型のガスタービン、または軸対称形、楕円形または矩形など他の型の排気ノズルに使用することもできる。
【０００９】
外側ノズル２２および内側ノズル２４はフローボディ３０Ａおよび３０Ｂを具備し、これらは前縁部３２、例えばタービン排気ケース、においてエンジン１２に接続している。フローボディ３０Ａおよび３０Ｂはエンジン１２内および外周からの各種空気流およびガス流を受け入れ、方向付ける。外気３４は航空機１０とほぼ同じ速さでエンジン１２および外側ノズル２２の周りを通過する。エンジン１２のターボファンによって加速されたファン排気ガス３６は外側ノズル２２でさらに加速されて排出される。同様にして、エンジン１２の燃焼過程で加速されたコア排気ガス３８は、内側ノズル２４でさらに加速されて排気される。外側ノズル２２と内側ノズル２４はエンジン中心線４０の周りに同軸に配置されている。一般にエンジン中心線４０は、タービン／圧縮器のシャフトが回転し、その周囲に各種ガスの流れが方向付けられるエンジンの中心軸を含んでいる。このようにしてコア排気ガス３８は中心線４０と同軸で内側ノズル２４から排出され、ファン排気ガス３６および外気３４は中心排気ガス３８と同軸になる。一般的な飛行動作において、航空機１０は外側ノズル２２と内側ノズル２４の底部を含むエンジン１２の底部が、中心線４０に対し、地面、すなわち滑走路１４の方向を向く。同様にパイロン１１は一般に上空方向を向く。
【００１０】
外側ノズル２２はファン排気ガス３６を外部空気３４から分離し、内側ノズル２４はファン排気ガス３６をコア排気ガス３８から分離する。テールコーン２６は排気流、特にコア排気ガス３８が、エンジン１２から円滑に遷移して排出される助けとなる。前述したように、ファン排気ガス３６は一般におよそ１０００ｆｔ／秒（約３０４．８ｍ／秒）、またコア排気ガス３８は一般におよそ１６００ｆｔ／秒（約４８７．７ｍ／秒）で流れる。航空機１０の飛行速度は３００ｍｐｈ（約４８２．８ｋｍｐｈ）程度まで遅くなるため、外気３４は外側ノズル２２をおよそ４００ｆｔ／秒（約１２１．９ｍ／秒）で通過する。空気流の流速の違いにより、各流れが混合する際、剪断に伴う一定量の低周波騒音および高周波騒音が発生する。空気流の混合と剪断によって生じる騒音量を低減するため、エンジン１２は、その後縁部周辺４２に鋸歯状部分２８および非鋸歯状部分２９を具備する。特に非鋸歯状部分２９はこの後縁部の下方に配置され、下方向に伝播する騒音を低減する。パイロン１１もまた鋸歯状部分４３をその後縁部に含み、航空機１０からの騒音をさらに低減する。
【００１１】
鋸歯状部分２８は内側排気ノズル２４の下流周辺、または内側排気ノズル２４の後縁部に正確に配置された混合タブ４４を具備する。鋸歯状部分２８はこの後縁部の一部のみに含まれ、後縁部にはタブ無し部分、つまり非鋸歯状部分２９が残る。別の実施形態におけるエンジン１２は外側ノズル２２に鋸歯状部分を含む。
【００１２】
さらに別の実施形態におけるエンジン１２は、内側ノズル２４および外側ノズル２２の両方に鋸歯状部分を含む。混合タブ４４は、速度の異なる空気流が一つの流れとして一体化する際の遷移を円滑にする。混合タブは、内側ノズル２４の両側の空気流間に空気の渦を形成し、排気ガスの混合に伴う剪断と騒音の量を低減する。
【００１３】
混合タブ４４は方位角の渦運動状態を再配向することで、流れ方向の渦運動成分をコア排気ガス３８に導入する。流れ方向の渦運動は下流の排気流に半径方向の動きを導入し、運動量の小さなファン排気ガスが高速のコア排気ガス３８に取り込まれ混合するのを促進する。このことにより排気ガス中における大規模な乱流を分裂、減衰し低周波騒音の発生を低減する。同様に、外側ノズル２２に鋸歯状部分を有する実施形態において、混合タブはファン排気ガス３６に渦運動の流れ方向成分を導入し運動量の小さな外気３４が高速のファン排気ガス３６に取り込まれ混合するのを促進する。
【００１４】
パイロン１１の鋸歯状部分４３は同様の機能によりパイロン１１における空気流の混合による騒音の発生を抑制する。鋸歯状部分４３のタブは、乱流と抗力をある程度均等にパイロン１１の下流に分布させるように、パイロン１１の航空機側と曝露側に交互に配置できる。本発明の他の実施形態において、図中の矢印４５で示す内側ノズル２４におけるパイロン１１の直下から混合タブの一部を除去することでパイロン１１から発生する気体の騒音を低減しても良い。このように鋸歯状部分４３と矢印４５部分に混合タブを設けないことを組み合わせ、パイロン１１で発生する機体の騒音および空気流の騒音が低減される。しかしながら、例えば人々が居る下方向など、パイロン１１から遠ざかる方向への騒音の発生および伝播を低減するためには、非鋸歯状部分２９をノズル２４の下方部分に配置する。
【００１５】
代表的な実施形態において、混合タブ４４はノズル２４の下流側面から突き出るように配置され、各混合タブの最も広い部分、すなわち根元が非鋸歯状部分２９の下流側面と概ね同一面となるように配置されている。しかしながら混合タブ４４は様々な形に構成することができる。例えば、混合タブを、三角形または台形など異なった大きさの形状にすることも可能である。また、混合タブをエンジン中心線に向かって湾曲する、および／またはエンジン中心線の周方向に配置することも可能である。
【００１６】
従来の混合タブの排気ノズルへの実装では、混合タブは排気ノズルの後縁部周辺全てに渡って対称的に分散し鋸歯状部分を構成したが、これには代表的な二つの構成がある。一つの構成では混合タブは排気ノズル下流の外周に連続的に配置され、タブの連続的な配列が全周に亘って、すなわちタブのベース（基部）が連続するようにタブを形成する。別の構成では、タブは全外周に等間隔の空間を含むように非連続的な鋸歯状部分を形成するようにすることもある。従来技術のさらに別の設計においては、パイロン直下の排気ノズルの上方部分周辺から鋸歯状部分を除去し、パイロンと排気ガスの相互作用による機体の騒音を低減することがある。いずれの場合も、混合タブは混合排気ガスの騒音周波数域を高周波数側にシフトして、高周波騒音増加よりも低周波騒音の低減量を大きくすることで、全体のノイズを低減する。騒音周波数域の高周数域へのシフトにはいくつかの利点がある。例えば高周波騒音は人間によって感知することができない。また高周波騒音は大気および物理的障害物の両者により比較的容易に減衰することができる。
【００１７】
図３は各種排気ノズル構成の騒音レベルに対する周波数を示したグラフである。図３は排気ノズルのスケールモデル試験からのデータに基づく期待される結果である。図３の結果を得る試験の際、排気ガスによって発生する連続騒音が排気ガス柱状噴出の中で検出されるように、排気ノズルスケールモデルの近傍で騒音レベルを監視した。三種類の異なる排気ノズル構成、すなわち、全くタブの付いていない排気ノズル、 全面にタブの付いた排気ノズル（従来技術を代表）、部分的にタブ付、部分的にタブ無しの排気ノズル（本発明を代表）、についてデシベルレベルを示す。
【００１８】
実線Ｄは、混合タブの無い排気ノズルのデシベル曲線を示す。低周波騒音レベルは全騒音特性のかなりの部分を占め、上述したように、低周波騒音は容易に減衰されないため、特に地域社会にとって問題がある。
【００１９】
点線Ｅはノズルの下流周辺全体に鋸歯状部分を有した排気ノズルのデシベル曲線を示す。この曲線は、鋸歯状部分を有さない排気ノズルに比べ、低周波数域におけるデシベルレベルの減少を示す。この場合、高周波数域におけるデシベルレベルは増加する。しかしながら高周波騒音の増加は、低周波騒音の減少よりも少なく、鋸歯状部分を有さない排気ノズルに比べ全騒音レベルは減少する。このように全面タブ付、即ち全体が鋸歯状の排気ノズルは、高周波騒音の削減には不利な方法で全騒音を減少させる。
【００２０】
図２に示すような本発明を代表する排気ノズルのデシベル曲線を点線Ｆで示す。本発明は、選定された大きさの非鋸歯状部分、または連続的なタブ無し部分を排気ノズルの後縁部に配置し、騒音低減が望まれる方向に鋸歯状部分の連続性を中断することで、高周波騒音の減少ロスを緩和するものである。例えば、図２に示す排気ノズルにおいて、鋸歯状部分２８は、内側排気ノズル２４の下流外周に実質的にタブ付の部分を含むが、この部分は外周の上部に配置されている。このように鋸歯状部分２８は、内側排気ノズル２４の下流側外周部において、外周部の下方に沿った実質的にタブ無し部分２９を残す。このような配置により、内側排気ノズル２４は低周波騒音を低減すると共に、所望の方向、例えば下方への寄生性高周波騒音の発生を低減する。
【００２１】
図３のデータは騒音検出に使用したマイクロフォンに対し鋸歯状部分が遠くを向く方向、すなわち非鋸歯状部分がマイクロフォンの方向を向くようにして測定された。低周波数域では、点線Ｆは実線Ｄの下にあり、全面タブ無しつまり非鋸歯状ノズルに比べ低周波騒音の発生が少ないことを示している。また低周波数域において点線Ｆは破線Ｅの上にあり、全面タブ付の排気ノズルに比べ低周波騒音の低下が少ないことを示している。しかしながら、点線Ｆは高周波数域に行くに従い、連続して実線Ｄの下方にあり、また破線Ｅは交差し高周波数域では実線Ｄの上になる。各周波数における騒音低減の量は鋸歯状部分の構成によって異なる。従って、本発明は全周波数域における騒音を低減し非鋸歯状ノズルに比べ全体的な騒音低減を果たしている。しかしながら本発明には付加的で重要な利点があり、感知騒音レベル、例えば飛行中の航空機からの広範囲の騒音を地上のマイクロフォンで測定した際、従来技術に対し優位性を持っている。
【００２２】
図４は飛行中の航空機が、排気ガスの柱状噴出の広範囲の騒音レベルが示されるような地上の地点を通過した際のデシベルレベルを模擬したものである。図４は図３の結果を得るのに関連して行われたスケールモデル試験から導出されたデータによって作成されている。従って、例えば図４は、図１の航空機１０が一般的な飛行動作を行った際のＡ、ＢまたはＣ地点で採取されたデータを模擬するものである。上述したような一般的な航空機の音波試験では、航空機は地上の地点から感知される全騒音特性によって評価される。図４では、騒音特性の関連部分を１０ｄＢレベルまで示している。
【００２３】
図４は三種類の異なる排気ノズル構成、すなわち、全くタブの付いていない排気ノズル、全面にタブの付いた排気ノズル（従来技術を代表）、部分的にタブ付、部分的にタブ無しの排気ノズル（本発明を代表）、を含んでいる。実線Ｄは、混合タブの無い排気ノズルのデシベル曲線を示す。実線Ｄはある地点、例えばＡ、Ｂ、Ｃ地点にあるマイクロフォン、に接近する航空機のベースライン曲線である。航空機が近づく（図中の左から右に移動する）に従い、感知騒音は増大し、航空機がこの地点に最も近づいた際にピークとなり、航空機が遠ざかるに従い減少する。
【００２４】
破線Ｅはノズルの下流周辺部全面に亘って鋸歯状部分を配した排気ノズルのデシベル曲線を示す。混合タブが高周波騒音を副生成するため、破線Ｅのデシベルの最高点はかなり高い。しかしながら混合タブは低周波騒音を低減するため、航空機が通過するに従い破線Ｅは実線Ｄの下側となり、感知騒音全体を低減している。言い換えれば、破線Ｅの下側の面積は実線Ｄの下側の面積よりも小さい。
【００２５】
本発明の一つの実施形態による排気ノズルのデシベル曲線を点線Ｆで示す。点線Ｆは、非鋸歯状部分をマイクロフォンの方向に配置し、鋸歯状の大部分が上を向いた状態、例えばパイロン方向を向いた状態で、非鋸歯状の大部分が例えば地上を向いた状態を示している。点線Ｆは、航空機が通過する際の本発明によるデシベル曲線の最高点が低いこと、さらにデシベルレベルが低いことを示しており、非鋸歯状および全面鋸歯状の排気ノズルに比べ騒音レベル全体が低減されていることを示している。特に本発明の排気ノズルはデシベルレベルの最高点における高周波騒音の影響を低減すると共に、航空機が通過した後の低周波騒音の影響を低減する。実験によれば、本発明の一つの実施形態として下流部周辺のおよそ半分を非鋸歯状とした場合、広範囲の騒音測定のデシベルレベルの最高点は１〜２ｄＢ低減される。このように本発明における後縁部の非鋸歯状部分を下方に向ける配置は、ある特定の方向における感知騒音を低下させる。言い換えれば、点線Ｆの下側の１０ｄＢレベルまでの総面積は、実線Ｄおよび破線Ｅの下側の面積のいずれよりも小さい。
【００２６】
図５Ａ〜図５Ｄに本発明の排気ノズルの様々な実施形態を示す。上述したように本発明においては、鋸歯状部分と非鋸歯状部分の両者を形成するように混合タブを様々に構成する実施形態を取ることができる。図５Ａは、離陸を含む一般的な飛行動作時に、鋸歯状部分４７と非鋸歯状部分４８を有する排気ノズル４６が配向した様子を示す。鋸歯状部分４７は、図２に示した内側ノズル２４と同様、ノズル４６の後縁部周辺のおよそ半分を占めている。非鋸歯状部分４８はノズル４６の最下部つまり底部を含む下側半分に配置されており、全体の感知騒音レベルが概ね矢印Ｇで示した方向に低減されるように構成されている。一般に非鋸歯状部分４７は、ノズル４６の後縁部の一部にタブ無しとして連なっている。言い換えれば、非鋸歯状部分４７は、一般に見られる混合タブあるいは鋸歯状部分を有さない排気ノズルの後縁部の一部を含んでいる。このように非鋸歯状部分は一般に、各混合タブのベースに関し、非鋸歯状部分の下流側表面が各混合タブのベースとほぼ同一平面になるように、下流側方向に延びている。混合タブの他の配置構成として、凹部型混合タブを使用しても良い。
【００２７】
ノズル４６は主に二つの方法で矢印Ｇ方向への騒音を低減する。一般に、排気ガスの混合により発生する音つまり騒音は、ノズル４６からの排気が柱状噴出する際に、エンジン中心線４８から半径方向外側に向かって伝播する。しかしながら上述したように、下方向つまり地上に向かった方向、すなわち人々が居住または作業している方向に対し、騒音を低減することが最も望ましい。上方つまり上空方向への騒音伝播はさほど問題にならないが、本発明はエンジン中心線から発するいずれの方向への騒音の発生も低減することもできる。本発明は第一に、高周波騒音を発生する混合タブをノズル下方部分から取り除くことで、下方に向かって発生する高周波騒音を削減し、下方向への音の伝播を低減する。第二に、高周波騒音は容易に減衰されるため、（混合タブが無いことに起因する）下方向に伝播する低周波騒音が、上部分からの高周波騒音が下方向に伝播することを遮断し減衰する。言い換えれば、ノズルの上部分において発生する高周波騒音に対し、混合タブが無いことで生じる排気剪断層により、下方向を遮断する。このように非鋸歯状部分４８をノズル４６の後縁部に選択的に配置し、下方向に発生する感知騒音レベルを低減することができるが、エンジン中心線からの如何なる方向に対する騒音伝播をも低減するように、これを配置することも可能である。
【００２８】
本発明は、排気ノズルの後縁部に非鋸歯状部分を有することにより付加的な利点をもたらす。例えば、非鋸歯状部分を有する排気ノズルは、混合タブの数が少ないため、排気ガスへの干渉を減じ、それに伴い推力ロスが少なくなる。同様に、本発明は排気ノズルに非鋸歯状部分があるため、燃料消費と推力に対する不利益が少ない。
【００２９】
図５Ｂはノズル５０の後縁部周辺のおよそ７５％を鋸歯状部分５２としたノズル５０を示す。非鋸歯状部分５４はノズル５０の最下部つまり底部を含む下側部分に配置されており、全感知騒音レベルが概ね矢印Ｈで示した方向に低減されるように構成されている。図５Ａおよび図５Ｂに見られるように、ノズル４６および５０のいずれもが非鋸歯状部分をそれぞれの下部に有している。これに応じ、各ノズルの底部からの感知騒音レベルは、それぞれ矢印Ｇおよび矢印Ｈの方向に対して低減される。しかしながらノズル５０の構成では、図５Ａのノズル４６に比べ中心線から放散するより狭い円弧の範囲で騒音が低減される。
【００３０】
図５Ｃは後縁部６２のおよそ５０％を鋸歯状部分５８とした排気ノズル５６を示す。上述したように本発明における鋸歯状部分は、例えば騒音低減および許容できる推力ロスの程度等に応じ、異なった形に構成することができる。従って、鋸歯状部分５８は、各タブのベースに間隔が空くように混合タブを一定の周期で配置している。非鋸歯状部分６０はノズル５６の下方部分に配置され、感知騒音レベルが概ね矢印Ｉで示した方向に低減されるように構成されている。これによりノズル５６は図５Ａのノズル４６と同様、広範な円弧の範囲で騒音を低減する。しかしながら、低減特性は混合タブの構成の違い、特にタブの間隔によって変化する。上述したように、本発明に使用する混合タブは適宜設計することができる。ノズル５６の実施形態の一つにおいて、ノズル５６の後縁部６２は、鋸歯状部分５８のタブ先端が後縁部６２に突き出るように凹ませることができる。他の実施形態においては、図５Ａの非凹部型配列など、鋸歯状部分５８に他の構成を使用することができる。
【００３１】
図５Ｄは後縁部周辺のおよそ７５％を鋸歯状部分６６とした排気ノズル６４の後縁部を示す。非鋸歯状部分６８は底部から離れた後縁部下方に配置されており、騒音伝播が概ね矢印Ｊで示した方向に低減されるように構成されている。非鋸歯状部分６６は、ノズル６４の後縁部の左下四分円内に配置されており、この方向に対する騒音伝播を低減する。非鋸歯状部分６６は、他の方向への騒音を低減するため下方向に選択的に配置することができる。例えば他の実施形態において、非鋸歯状部分６８を右下四分円内に配置することもできる。さらに、非鋸歯状部分６８が後縁部に占める百分率を選択的に変更し騒音伝播の方向をさらに制御することもできる。例えば、非鋸歯状部分６８が後縁部に占める割合をおよそ２５〜およそ５０％とすることができる。
【００３２】
以上、好ましい実施例を挙げて本発明を説明したが、当業者は本発明の真意および範囲から逸脱すること無く、形状や詳細を変更できるものと認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】地上滑走路に対して動作する、本発明の排気ノズルを有した航空機を示す図である。
【図２】本発明の排気ノズルを含む図１の航空機のエンジン下流端の斜視図である。
【図３】各種の排気ノズル構成における広範囲の騒音のレベルを示すグラフである。
【図４】各種の排気ノズル構成における広範囲の感知騒音のレベルを示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の排気ノズルの各種実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の排気ノズルの各種実施形態を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の排気ノズルの各種実施形態を示す図である。
【図５Ｄ】本発明の排気ノズルの各種実施形態を示す図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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