(57)【要約】【課題】音の周波数のシフトまたは必要な音修正の減少あるいはその両方による航空機ＥＰＮＬ値の低下の達成方法を提供する。【解決手段】運転持続時間にわたるガスタービン推進システムの騒音表現の複数の音響周波数スペクトル表現を獲得することに基づく、この推進システムの構成による選択された音響波エネルギ放出判断基準の達成度を判定する方法が提供される。次に、音響周波数スペクトル表現内の相対ピークが位置決めされ、これらのピークの少なくとも１つのピークの形が、運転パラメータ騒音値をもたらすためにその後に評価されるこの推進システム内の構成変更に対応する音響波エネルギ放出変化に実質的に対応する形で音響周波数に関して変更される。これらの運転パラメータ騒音値の、選択された音響波エネルギ放出判断基準を最もよく満足する騒音値が、対応する構成変更を判定するのを助け、これらの判断基準をよりよく満足するのに使用される。【選択図】図９
2008145436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン推進システムの構成が、選択された音響波エネルギ放出判断基準をどれほどよく達成するかを判定する方法であって、
運転持続時間にわたる初期構成のガスタービン推進システムの音響エネルギ放出の騒音表現を獲得するステップと、
前記運転持続時間中に発生する、複数の選択されたサンプリング時刻の１つにそれぞれが対応する前記騒音表現の複数の未変更音響周波数スペクトル表現を提供するステップと、
前記未変更音響周波数スペクトル表現の各々に対応する複数の騒音測定パラメータ値を一緒に提供するために前記各スペクトル表現の対応する騒音パラメータ値を提供するように前記未変更音響周波数スペクトル表現の各々を評価するステップと、
前記未変更音響周波数スペクトル表現に対応する運転パラメータ騒音値を提供するために前記未変更音響周波数スペクトル表現の各々に対応する前記複数の騒音測定パラメータ値の平均をとるステップと、
前記未変更音響周波数スペクトル表現内の相対ピークを位置決めし、ガスタービン推進システム内の構成変更に対応する音響波エネルギ放出変化に実質的に一致する少なくとも１つの変更方法で音響周波数に関する前記相対ピークの少なくとも１つのピークの形を変更して、対応する変更済み音響周波数スペクトル表現を形成する、変更ステップと、
前記変更方法に対応する複数の騒音測定パラメータ値を一緒に提供するために前記スペクトル表現の各々の対応する騒音パラメータ値を提供するための該変更方法に対応する前記変更済み音響周波数スペクトル表現の各々を評価するステップと、
前記変更方法に対応する運転パラメータ騒音値を提供するために該変更方法に対応する前記複数の騒音測定パラメータ値の平均をとるステップと、
前記初期構成からの構成変更が存在しなければならないかどうかおよび該変更がどのようなものであるべきかを判定するのを助けるために、対応する構成変更が存在する場合に前記対応する構成変更を識別するために、前記運転パラメータ騒音値の前記選択された音響波エネルギ放出判断基準を最もよく満足する運転パラメータ騒音値を判定するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記運転持続時間内の前記ガスタービン推進システムの音響エネルギ放出の騒音表現の前記獲得ステップは、前記ガスタービン推進システムの運転中に該ガスタービン推進システムの前記音響エネルギ放出を測定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ガスタービン推進システムの音響エネルギ放出の前記測定ステップおよび前記運転持続時間中に発生する複数の選択されたサンプル時刻の１つにそれぞれが対応する前記騒音表現の複数の音響周波数スペクトル表現の前記提供ステップは、スペクトルアナライザを使用して達成されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記運転持続時間中に発生する複数の選択されたサンプル時刻の１つにそれぞれが対応する前記騒音表現の複数の音響周波数スペクトル表現の前記提供ステップは、前記スペクトルアナライザによって提供される前記複数の音響周波数スペクトル表現のそれぞれについて、帯域がそれから形成される対応する音響周波数スペクトル内の前記帯域内の音響周波数の音圧レベルの平均をとることによって前記帯域ごとに得られる音圧レベル値と共に、複数の１／３オクターブ周波数帯から形成されるもう１つの対応する音響周波数スペクトルを提供するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ガスタービン推進システムの音響エネルギ放出の騒音表現の前記獲得ステップは、前記運転持続時間にわたる前記ガスタービン推進システムの運転のコンピュータベースのシミュレーション中に前記ガスタービン推進システムの前記音響エネルギ放出を計算するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
音響エネルギ放出の騒音表現の前記獲得ステップおよび前記運転持続時間中に発生する複数の選択されたサンプル時刻の１つにそれぞれが対応する前記騒音表現の複数の音響周波数スペクトル表現の前記提供ステップは、前記運転持続時間中にわたるその運転のコンピュータベースのシミュレーション中に前記複数の音響周波数スペクトル表現のそれぞれを計算するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記運転持続時間にわたるその運転のコンピュータベースのシミュレーション中の前記複数の音響周波数スペクトル表現のそれぞれの前記計算ステップは、周波数音圧レベルにまたがって平均をとられる複数の１／３オクターブ周波数帯から形成される音響周波数スペクトルとして前記複数の音響周波数スペクトル表現のそれぞれを計算するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
音響周波数に関する音響周波数スペクトル表現内の前記相対ピークの少なくとも１つのピークの形を変更する前記変更ステップは、対応する変更済み音響周波数スペクトル表現を形成するためにその音響周波数スペクトル表現内で周波数スケールに沿ってより遠くの相対ピークの位置をコンピュータ計算するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記コンピュータは、前記音響周波数スペクトル表現内の相対ピークを生じるロータに追加されるエアフォイルの個数を計算することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
音響周波数に関する音響周波数スペクトル表現内の前記相対ピークの少なくとも１つのピークの形を変更する前記変更ステップは、対応する変更済み音響周波数スペクトル表現を形成するために、その音響周波数スペクトル表現内の前記周波数スケールに沿ったより遠くの位置での相対ピークのより広い周波数範囲にわたる音響エネルギの分布をコンピュータ計算するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記コンピュータは、前記音響周波数スペクトル表現内の相対ピークを生じるロータ上のエアフォイル数において変更すべき前記エアフォイルの個数および前記ロータに必要な回転速度変更を計算することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
変更済み音響周波数スペクトルの前記評価ステップは、修正変更済み音響周波数スペクトルを形成するために、前記変更済み音響周波数スペクトルに大気減衰特性を乗ずるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
変更済み音響周波数スペクトルの前記評価ステップは、前記修正変更済み音響周波数スペクトルを変更済みｎｏｙ値スペクトルに変換するステップと、ｎｏｙ値合計をもたらすために前記ｎｏｙ値を合計するステップと、前記変更済みｎｏｙ値スペクトル内の過剰な大きさのスペクトルピークを見つけるステップと、対応するペナルティ値を判定するステップと、変更済み純音補正知覚騒音レベルをもたらすために前記ペナルティ値を前記ｎｏｙ値合計に加算するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の騒音測定パラメータ値の前記平均をとるステップは、前記変更済み音響周波数スペクトル表現のそれぞれの前記変更済み純音補正知覚騒音レベルの合計をとるステップと、その結果を前記運転持続時間によって割るステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
選択された構造パラメータの値および運転パラメータの値に対する選択された制約を受けるガスタービン推進システムの運転中にこれらの値を示すために前記ガスタービン推進システムに適切な構成を判定する方法であって、
前記選択された構造パラメータの値および運転パラメータの値ならびにこれらに対する前記制約に対応するガスタービン推進システム初期構成を判定するステップと、
運転持続時間にわたる前記ガスタービン推進システム初期構成のアコースティックエミッションヒストリをシミュレートするステップと、
前記ガスタービン推進システム初期構成および前記ガスタービン推進システム初期構成から変更された選択された放出音変更済み構成に関する選択された音響波エネルギ放出判断基準を判定するステップと、
前記ガスタービン推進システム初期構成および前記放出音変更済み構成の一方に基づく、最も好ましく対応する選択された音響波エネルギ放出判断基準を有するガスタービン推進システム対処構成を選択するステップと、
選択された目的および前記選択された制約に関して前記ガスタービン推進システム対処構成を最適化するステップと、
前記ガスタービン推進システム対処構成の前記アコースティックエミッションヒストリを含む前記運転持続時間にわたる前記ガスタービン推進システム対処構成の性能をシミュレートするステップと、
前記ガスタービン推進システム対処構成が選択された性能要件を満足するかどうかを判定するステップと、
前記選択された性能要件が前記ガスタービン推進システム対処構成によって満足されなかった場合に、前記ガスタービン推進システム対処構成に基づいて、別のガスタービン推進システム構成が前記選択された性能要件を満足することを可能にするために前記選択された構造パラメータおよび運転パラメータに対する必要な変更を推定するステップと、
ガスタービン推進システム予備構成を形成する基礎として、前記推定された変更に基づいて、対応する修正された選択された構造パラメータおよび運転パラメータを形成するステップと、
前述の方法においてそのステップから継続するために、前記ガスタービン推進システム初期構成を前記ガスタービン推進システム予備構成に置換した状態で、運転持続時間にわたる前記ガスタービン推進システム初期構成のアコースティックエミッションヒストリの前記シミュレートを繰り返すステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記ガスタービン推進システム対処構成が前記選択された性能要件を満足するかどうかの前記判定ステップは、前記ガスタービン推進システム対処構成が前記選択された性能要件を実際に満足する場合に、その方法を終了させることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガスタービン推進システム初期構成および前記ガスタービン推進システム初期構成から変更された選択された放出音変更済み構成に関する選択された音響波エネルギ放出判断基準の前記判定ステップは、
前記運転持続時間にわたる前記初期構成のガスタービン推進システムの音響エネルギ放出の騒音表現を獲得するステップと、
前記運転持続時間中に発生する複数の選択されたサンプリング時刻の１つにそれぞれが対応する前記騒音表現の複数の未変更音響周波数スペクトル表現を提供するステップと、
前記スペクトル表現の各々に対応する複数の騒音測定パラメータ値を一緒に提供するために前記スペクトル表現の各々の対応する騒音パラメータ値を提供するように各未変更音響周波数スペクトル表現を評価するステップと、
前記未変更音響周波数スペクトル表現に対応する運転パラメータ騒音値を提供するために前記未変更音響周波数スペクトル表現の各々に対応する前記複数の騒音測定パラメータ値の平均をとるステップと、
前記未変更音響周波数スペクトル表現内の相対ピークを位置決めし、ガスタービン推進システム内の構成変更に対応する音響波エネルギ放出変更に実質的に一致する少なくとも１つの変更方法で音響周波数に関する前記相対ピークの少なくとも１つのピークの形を変更して対応する変更済み音響周波数スペクトル表現を形成する、変更ステップと、
前記変更方法に対応する複数の騒音測定パラメータ値を一緒に提供するために前記スペクトル表現の各々の対応する騒音パラメータ値を提供するための該変更方法に対応する各変更済み音響周波数スペクトル表現を評価するステップと、
前記変更方法に対応する運転パラメータ騒音値を提供するために該変更方法に対応する前記複数の騒音測定パラメータ値の平均をとるステップと、
前記初期構成からの構成変更が存在しなければならないかどうかおよび該変更がどのようなものであるべきかを判定するのを助けるために、対応する構成変更が存在する場合に前記対応する構成変更を識別するために、前記運転パラメータ騒音値の前記選択された音響波エネルギ放出判断基準を最もよく満足する運転パラメータ騒音値を判定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガスタービン推進システム対処構成が前記選択された性能要件を満足するかどうかの前記判定ステップは、前記ガスタービン推進システム対処構成が前記選択された性能要件を実際に満足する場合に、その方法を終了させることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガスタービン推進システム対処構成が選択された性能要件を満足するかどうかの判定は、
前記運転持続時間にわたる前記ガスタービン推進システム対処構成の音響エネルギ放出の騒音表現を獲得するステップと、
前記運転持続時間中に発生する複数の選択されたサンプリング時刻の１つにそれぞれが対応する前記騒音表現の複数の未変更音響周波数スペクトル表現を提供するステップと、
前記スペクトル表現の各々に対応する複数の騒音測定パラメータ値を一緒に提供するために前記スペクトル表現の各々の対応する騒音パラメータ値を提供するように前記未変更音響周波数スペクトル表現の各々を評価するステップと、
前記未変更音響周波数スペクトル表現に対応する運転パラメータ騒音値を提供するために前記未変更音響周波数スペクトル表現の各々に対応する前記複数の騒音測定パラメータ値の平均をとるステップと、
前記運転パラメータ騒音値が、前記選択された音響波エネルギ放出判断基準を満足するかどうかを判定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガスタービン推進システム対処構成が前記選択された性能要件を満足するかどうかの前記判定ステップは、前記ガスタービン推進システム対処構成が前記選択された性能要件を満足する場合に、その方法を終了させることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の騒音に関し、より具体的には、このような騒音の低下に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代航空機の機体およびエンジンの構成が国際民間航空機関（ＩＣＡＯ）および米連邦航空局（ＦＡＡ）の課す要件を満足することを証明する手順は、その構成からのアコースティックエミッションまたは騒音が、これらの要件の一部である最小騒音仕様に達するかそれ未満であるかのいずれかであることを明確に必要とする。これらの仕様は、他の要因の中でも、航空機の総重量に依存する。近年、航空機に関するこれらの最小騒音要件が満足されていることの証明は、ＩＣＡＯによって課せられた、より厳重な環境制約に起因して、さらに重要になってきた。具体的に言うと、新しいステージ４騒音制限の導入は、機体製造業者およびエンジン製造業者に、同様に、生成された騒音を減衰させるだけではなく、改善された設計を介して騒音源で生成される騒音を最小化もする方法を探し求める動機を与えた。
【０００３】
さまざまな研究は、航空機からの騒音の支配的要因が、ガスタービンエンジンを組み込まれた航空機において、ガスタービンエンジン推進システムであることを明らかに示している。このようなシステムから発する騒音は、音成分および広帯域スペクトル成分に分類することができる。トーナルノイズ（ｔｏｎａｌ  ｎｏｉｓｅ）は、騒音周波数スペクトル内の比較的実質的な分離されたピークの特徴があるが、リングの外側面に周方向に取り付けられて、これによってブレード列を形成するターボ機械のエアフォイルの間の空気力学的相互作用によって生成される。これらのスペクトルピークの周波数は、リング上のエアフォイルの個数、このようなリングの個数、およびこれらのリングが回転可能に取り付けられるシャフトの回転速度によって決定される。社会へのこのような騒音の影響という観点から、トーナルノイズは、これらの騒音成分でより迷惑であることが知られており、これは、下で説明するように、総合的な航空機騒音を定量化するのに使用される方法論で説明される事実である。
【０００４】
証明のための航空機の騒音放出特性は、ＩＣＡＯによって指定された手順を使用して判定される。短く言うと、実際の飛行試験中に記録されるか、または飛行経路に沿って投影された静的エンジン騒音データから数値的にシミュレートされるかのいずれかである、指定された飛行経路中に航空機によって生成される騒音の周波数スペクトルが、それに対応する知覚騒音レベルの飛行時間ヒストリを生成するのに使用される。ＩＣＡＯ手順の下での騒音スペクトルは、一般に、音響周波数のある範囲内の均等に間隔をおかれた音響周波数の組（たとえば、隣接周波数から１６Ｈｚだけ離れた選択された周波数）で、ある位置でこの飛行時間にわたって各連続するサンプリング時刻にスペクトルアナライザによって測定される（たとえば、１／２秒おきの音圧レベルのサンプリング）。あるサンプリング瞬間のこのような測定されたスペクトルの例を、図１のグラフにプロット１、測定されたスペクトルとして示すが、図１では、デシベル（ｄＢ）単位で測定された音圧レベル（ＳＰＬ）が、ヘルツ（Ｈｚ）単位で測定された音響周波数に対してプロットされている。このような「狭帯域」スペクトルは、ＩＣＡＯによる定義に従って、５０Ｈｚと１００００Ｈｚとの間の音響周波数範囲内の２４個の対数間隔の音響周波数帯内の音響エネルギをひとまとめにすることによって、等価な１／３オクターブ帯スペクトルに変換される。測定されたスペクトル１に対応する１／３オクターブ帯スペクトルプロット２も、同一のサンプリング瞬間について、図１のグラフに示されている。
【０００５】
このようなスペクトルは、やはりＩＣＡＯによって対応するテーブルで画定される、ヘルツ単位で測定される音響周波数とデシベル単位で測定される音圧レベルとの両方の関数である、対応する「ｎｏｙ」値を使用して、人間の耳が経験すると判定されたうるささを説明する知覚騒音レベル（ＰＮＬ）に重み付け手順によって変換される。音響周波数にまたがるｎｏｙ値の変動の典型的な例を、航空機によって生成される騒音の推定値で出会う３つの異なる通常の音圧レベル値３’、３’’、３’’’について図２に示す。この重み付け手順は、現在の例では、図１のプロット２の周波数帯ごとに音圧レベルをとり、必要に応じて補間を使用して、ＩＣＡＯ  ｎｏｙテーブルからその周波数帯の対応するｎｏｙ値を入手して、ｎｏｙ値スペクトルを提供することを伴う。次に、これらのｎｏｙ値を、ｎｏｙスペクトル内の音響スペクトル周波数範囲にまたがって合計して、このサンプリング瞬間に関する、デシベル単位で与えられる知覚騒音レベルを判定する。次に、この知覚騒音レベルを、対応するＩＣＡＯ手順に従って、最も重要な音のスペクトル的重大度に基づく値において修正して、やはりデシベル単位で与えられる純音補正知覚騒音レベル（ｐｅｒｃｅｉｖｅｄ  ｎｏｉｓｅ  ｌｅｖｅｌ，ｔｏｎｅ−ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ（ＰＮＬＴ））をもたらす必要がある。この手順では、顕著なピークｎｏｙ値が、画定された複素周波数分析方法論ならびに１つまたは複数の値がｎｏｙスペクトルから発生する音響周波数を介して識別される。これらのピークｎｏｙ値が、ランダムな音響エネルギまたは騒音放出から生じる隣接スペクトル部分を十分に超えて突出する場合に、このピークに関する知覚騒音レベルの必要な修正の値すなわちペナルティが、対応するＩＣＡＯテーブルからデシベル単位で得られ、以前に判定された知覚騒音レベルの値と組み合わされて、このサンプリング瞬間に関する純音補正知覚騒音レベル値がもたらされる。このペナルティの大きさは、ｎｏｙピークが発生する周波数と、そのピークが隣接１／３オクターブ周波数帯内のランダム騒音スペクトル部分を超える量とに基づく。このペナルティの判定は、スペクトル振幅が、ピークが発生する１／３オクターブ周波数帯からピークを含む帯域に隣接する帯域に変化する割合、すなわちピークの付近でのスペクトルの傾きを用いる。
【０００６】
各サンプリングの瞬間の純音補正知覚騒音レベルは、飛行時間ヒストリにわたって合計され、この合計を飛行時間ヒストリ内の総経過時間によって割ることを介して平均され、実効知覚騒音レベル（ＥＰＮＬ）が作られる。この結果は、やはりデシベル単位で与えられるが、ａ）音響測定機器を通る航空機エンジン最大出力推進が存在するサイドライン条件（ｓｉｄｅｌｉｎｅ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）と、ｂ）航空機が離陸後に所望の高度に達する時に発生する、エンジン出力が大きく減らされるカットバック条件（ｃｕｔｂａｃｋ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）と、（ｃ）航空機が着陸に進入する時に発生する、翼フラップおよび着陸装置を降ろした状態でエンジン出力が減らされるアプローチ条件（ａｐｐｒｏａｃｈ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）と、を含む各関連する音響条件についてＩＣＡＯが唯一頼みにする、放たれる航空機騒音特性の測定値である。この騒音評価結果は、図２に示された航空機の音の届く範囲内にいる人のうるささに関するＩＣＡＯの強調によって実質的に左右される。というのは、３０００〜４０００Ｈｚまでの音響周波数範囲内の音ピークを示す図２のプロットが、ＩＣＡＯによって画定される比較的大きいｎｏｙ値を示すからである。この周波数範囲内の支配的な音ピークの発生は、すべて、航空機のＥＰＮＬ値に非常に大きく寄与する。音波は、大気を通って進む際に減衰し、この減衰（係数αの特徴がある）は、大気の温度および湿度に弱く依存する。しかし、この大気減衰は、図３のグラフのプロット４に示されているように、より高い周波数の音波がより低い周波数の音波より大きく減衰する形で、周波数に大きく依存する。プロット４は、５０Ｈｚの音響周波数でのその係数の値によって正規化された後の、周波数に対する大気音圧減衰係数のプロットである。したがって、比較的大きいｎｏｙ値に関する、上で与えたスペクトル範囲内の音ピークの周波数位置を高める、すなわちスペクトル的に上にシフトする方法は、どの方法であれ、２つの別々の独立の効果すなわち、そのような周波数位置シフトに関して図２で見ることのできる音に関連するｎｏｙ値の減少ならびに図３に示されたものなどの上向き周波数シフトから生じる増やされた大気減衰によってもたらされるさらなる利益による、航空機のＥＰＮＬ値の減少をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、音ピークの周波数の増加または上向きのシフトは、上で示した知覚騒音レベルに関するＩＣＡＯの音補正つまり修正の要件のゆえにこうむる小さいペナルティももたらす可能性がある。特定の周波数での音ピーク修正は、この要件の下で、周波数の関数としてのＳＰＬ値の変化の割合すなわちスペクトルの局所的な傾きに基づく。したがって、音による寄与は、その音のピークのＳＰＬ値だけではなく、１つまたは複数の隣接１／３オクターブ周波数帯に含まれるスペクトル成分に関するその音の値にも依存する。その結果、対応する必要な音修正から相殺するペナルティをこうむらないようにするために、周波数スペクトルのある部分にまたがる音ピークの変更において注意を払う必要がある。したがって、音ピーク変更の結果を予測することを可能にするためにシミュレート可能であり、ＥＰＮＬの所望の値を達成するためにエンジン空力設計パラメータの選択を助けるために最適化可能であるエンジン構成の変更に対応する、音の周波数のシフトまたは必要な音修正の減少あるいはその両方によって航空機ＥＰＮＬ値の低下を達成する方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガスタービン推進システムの構成が選択された音響波エネルギ放出判断基準をどれほどよく達成するかを判定する方法であって、運転持続時間にわたる初期構成のガスタービン推進システムの音響エネルギ放出の騒音表現を獲得するステップと、運転持続時間中に発生する、複数の選択されたサンプリング時刻の１つにそれぞれが対応する騒音表現の複数の音響周波数スペクトル表現を提供するステップと、に基づく方法を提供する。次に、音響周波数スペクトル表現内の相対ピークを突き止め、ガスタービン推進システム内の構成変更に対応する音響波エネルギ放出変化に実質的に一致する形で音響周波数に関するこれらのピークの少なくとも１つのピークの形を変更し、これによって変更済み音響周波数スペクトル表現を形成する。運転パラメータ騒音値を提供するために平均をとられる複数の騒音測定パラメータ値を一緒に提供するためにそれぞれの対応する騒音パラメータ値を提供するために、各変更済み音響周波数スペクトル表現の評価を行う。運転パラメータ騒音値の選択された音響波エネルギ放出判断基準を最もよく満足する運転パラメータ騒音値を使用して、対応する構成変更を判定し、これによってこれらの判断基準をよりよく満足するのを助ける。この前述の方法は、ガスタービン推進システムの全体的構成を決定するステップに組み込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ガスタービンエンジン推進システムの騒音周波数スペクトル内の音圧ピークが、ＩＣＡＯによって課せられる騒音要件から外れるかどうかは、そのピークを有するベースラインスペクトルおよび対応するｎｏｙ値スペクトルと、大気によってすばやく減衰されるスペクトル内の周波数スケール上で離れた周波数の音圧とに基づく。したがって、上で示したように、ａ）音圧の値が周波数の増加に伴って減少する周波数範囲に対する周波数特性に対して、周波数スケール上で離れて、すなわち、ｎｏｙ値の最大値の周波数範囲を超えた周波数で発生する対応するｎｏｙ値を有し、ｂ）大気減衰が周波数の増加に伴って増加する周波数範囲で発生する、アコースティックエミッションピークを生じるエンジン構成は、対応するＥＰＮＬに関して減らされた値を実現する。
【００１０】
航空機のターボファンガスタービンエンジンでは、エンジンの前からの音響騒音放出は、通常、ファンおよび低圧圧縮器によって引き起こされ、エンジンの後ろからの音響騒音放出は、通常、低圧タービンによって引き起こされる。これらの放出で音ピークまたはスペクトルピークが発生する周波数は、通常、このようなファン、圧縮器、およびタービンのロータの回転速度と、これらのロータによって支持されるエアフォイルの枚数とによってセットされる。このようなピークは、通常、エンジンについて測定される音響データからこれらのロータの原因となるロータの１つまでさかのぼることができる。ガスタービンエンジンのある構成において対応する周波数でそのエンジンのアコースティックエミッションで発生する音ピークまたはスペクトルピークを、その後に他の周波数で発生させるために周波数スケールに沿ってシフトすることは、次のものを含むがこれらに制限されない１つまたは複数の方法でエンジンのその構成を変更することによって物理的に達成することができる。
【００１１】
１）その音ピークまたはスペクトルピークを周波数帯の中で周波数スケール上のさらに遠い位置に位置付けるか、そのピークに２つの隣接する周波数帯の両方の周波数で発生させるためにこの２つの隣接する周波数帯の間の境界をまたぐ位置に位置付けるために、ピークを引き起こすロータ上で支持されるエアフォイルの枚数を増やす。
【００１２】
２）その音ピークまたはスペクトルピークを周波数帯の中で周波数スケール上のさらに遠い位置に位置付けるか、そのピークに２つの隣接する周波数帯の両方の周波数で発生させるためにこの２つの隣接する周波数帯の間の境界をまたぐ位置に位置付けるために、ピークを引き起こすロータの回転速度を高める。
【００１３】
３）２つのそれぞれのピークが隣接する周波数帯のそれぞれに含まれる異なる周波数で発生するようにするために、同一のピークの発生にそれぞれが寄与する、あるロータ上で支持されるエアフォイルの枚数を増やし、別のロータ上で支持されるエアフォイルの枚数を減らす。
【００１４】
上記の第１の方法では、音ピークまたはスペクトルピークが、そのピークを引き起こすロータ上のエアフォイルの枚数を増やすというエンジン構成変更を介して周波数スケールに沿って遠くにシフトされるが、この方法は、通常は実施が最も簡単である。上記の第３の方法は、一緒に１つのピークに寄与するロータのそれぞれに支持されるエアフォイルの数を異なる形で変更するステップを伴うが、やはり実施が比較的単純である。ピークを引き起こすロータの回転速度の変更を用いる上記の第２の方法は、エンジンの運転点変更を必要とするので、比較的に非常に小さい速度変更でない限り、通常は実質的により困難である。
【００１５】
このようなエンジン構成変更と、再構成されたエンジンの周波数特性に対するアコースティックエミッション内の結果の音ピークまたはスペクトルピークの位置との間の相関のゆえに、および、同様に、以前のエンジン構成と、そのアコースティックエミッション特性内の音ピークまたはスペクトルピークの位置との間の相関のゆえに、エンジンのアコースティックエミッション特性に対する構成変更の影響は、適切にプログラムされたコンピュータによって十分にシミュレートすることができる。これらのシミュレーション結果を、そのコンピュータ内の適切なプログラムによってＩＣＡＯ騒音要件にかけ、これによって、そのエンジン構成変更によってこれらの要件が満足されたか否かを判定することができ、あるいは、少なくとも、これらの変更なしの以前のエンジン構成に関してこれらの構成変更のゆえに再構成されたエンジンがこれらの要件の満足にどれほど近くなったかを判定することができる。
【００１６】
このようなコンピュータプログラムの流れ図１０を、図４Ａの開始の円から始めて、図４に示す。ここから、コンピュータは、ブロック１１で、測定位置に関して適切に流れたそのエンジンの飛行テストでの飛行時間にわたって放たれた、時間内のＮ点でのエンジン音響騒音のＩＣＡＯ測定ルールに従って入手されたスペクトルアナライザ測定の結果を、またはそのエンジンのシミュレートされた飛行のシミュレートされた時間にわたるＮ点でのこのような飛行のコンピュータベースのシミュレーションでシミュレートされた放たれた騒音のスペクトル結果を、これらのＮ個の時点の隣接する時点のそれぞれの間の選択された時間間隔Δｔと共にデータベース１２に格納することによって、開始する。また、コンピュータ内のサンプルカウンタに、ｎ＝１をセットして、飛行またはシミュレーションについて格納されるＮ個のアコースティックエミッションスペクトルの放出スペクトルの個数の第１をカウントし、この放出スペクトルのそれぞれは、このような飛行またはシミュレーション中のＮ個のサンプル時刻の対応する１つで収集され、この飛行、シミュレーションは、ＩＣＡＯ騒音評価ルールに従ってその飛行またはシミュレーションでのそのエンジンの対応する実効知覚騒音レベルの判定においてコンピュータによって操作される。
【００１７】
さらに、実際の飛行試験の状況での初期エンジンアコースティックエミッションデータの準備のために、コンピュータは、このエンジンについて、さらなるブロック１３に進んで、ａ）このデータを、ＩＣＡＯルールによって要求されるエンジンから１５０フィート（約４５．７２ｍ）の固定距離にあるスペクトルアナライザによる測定から生じるはずのものと等価なデータに変換し、ｂ）スペクトルアナライザデータ内の大気減衰効果を除去し、これによって、エンジンの実際の騒音放出のより厳密な表現である実効静的エンジンアコースティックエミッションスペクトルを形成する。シミュレートされたスペクトルは、静的エンジン位置で判定され、したがって既に実効スペクトルなので、このような操作を実行される必要がない。飛行中の測定またはシミュレーションのいずれかからのＮ個の実効スペクトルが、コンピュータによってブロック１４でデータベース１２に格納されて、初期エンジンアコースティックエミッションデータ準備が完了する。
【００１８】
このエンジンアコースティックエミッションデータ基礎を実効音響スペクトルの形で得たので、次に、上で示したように、このスペクトルをＩＣＡＯルールに従って評価して、対応するエンジンの騒音特性を判定する。最初の実効スペクトルから開始して、第ｎ実効スペクトルを、ブロック１５で、上で説明した等価な１／３オクターブ帯スペクトルに変換し、その結果、サンプリング瞬間ｎΔｔの実効スペクトルを、その実効スペクトルに基づく第ｎ未変更（ｕｎａｌｔｅｒｅｄ）ベースラインスペクトルにする。この第ｎ未変更ベースラインスペクトルは、コンピュータによってさらなるブロック１６でデータベース１２に格納され、また、もう１つのブロック１７で、図３のプロット４などの大気減衰特性を乗算されて、第ｎ修正未変更ベースラインスペクトルが形成され、この第ｎ修正未変更ベースラインスペクトルは、データベース１２に格納される。
【００１９】
この第ｎ修正未変更ベースラインスペクトルは、さらに、次のブロック１８で、上で説明したように第ｎ未変更ｎｏｙ値スペクトルに変換され、後続ブロック１９でデータベース１２に格納される。この第ｎシフト変更済みｎｏｙ値スペクトル内のｎｏｙ値は、コンピュータによってさらなるブロック２０で、やはり上で説明したように、この最後に見つかったスペクトルの音響スペクトル周波数範囲にまたがって合計されて、このｎΔｔサンプリング瞬間の対応する知覚騒音レベルが判定される。コンピュータは、判断菱形２１で、さらに進行するためにブロック２０での合計に続いてブロック１７からの第ｎ修正未変更ベースラインスペクトルをまだ有するのか、あるいはさらに進行するためにデータベース１２から第ｎ修正未変更ベースラインスペクトルを取り出さなければならないのかを判定する。
【００２０】
コンピュータは、さらに進行する準備ができた時に、後続ブロック２２で音補正ステップに入って、第ｎ修正未変更ベースラインスペクトル内の過剰な大きさのスペクトルピークを選択し、そのピークから、上で説明した対応するペナルティ値を判定する。コンピュータは、このペナルティ値を対応する第ｎ知覚騒音レベルに加算し、これによって、第ｎ未変更純音補正知覚騒音レベルつまり第ｎ未変更音修正知覚騒音レベル（ＰＮＬＴ）を判定する。第ｎ実効スペクトルに対応するこの第ｎ未変更純音補正知覚騒音レベルつまり第ｎ未変更音修正知覚騒音レベルの判定の完了時に、コンピュータは、判断菱形２３で、サンプルカウンタを検査して、その中で保たれるカウントｎがＮに達したかどうかを判定する。このようなカウント値は、飛行またはシミュレーションに関するサンプルスペクトルのすべてが、その飛行またはシミュレーションの実効未変更知覚騒音レベルを判定するためにコンピュータによって操作されたかどうかを示す。そうでない場合には、コンピュータは、さらなるブロック２４でサンプルカウンタを増分し、もう１つのブロック２５でデータベース１２から次のサンプル実効スペクトルを取り出し、ブロック１５の前に戻って、この、次サンプル実効スペクトルを操作する。
【００２１】
サンプル実効スペクトルのすべてがコンピュータによって操作された場合に、サンプルカウンタはｎ＝Ｎを有し、コンピュータは、後続ブロック２６で、サンプル実効スペクトルごとに１つのＮ個の格納された未変更純音補正知覚騒音レベルつまり未変更音修正知覚騒音レベルと、Δｔと、をデータベース１２から取り出す。次に、コンピュータは、さらなるブロック２７で、これらのＮ個の格納された未変更純音補正知覚騒音レベルつまり未変更音修正知覚騒音レベルを合計し、その結果を飛行またはシミュレーションの総時間ＮΔｔで割って、飛行またはシミュレーションの時間にわたるこれらのＮ個の格納された未変更純音補正知覚騒音レベルつまり未変更音修正知覚騒音レベルの平均をとる。したがって、コンピュータは、これによって、ＩＣＡＯ騒音評価ルールによる飛行またはシミュレーションの未変更実効知覚騒音レベル（ＥＰＮＬ）をもたらし、このＥＰＮＬは、次のブロック２８でデータベース１２に格納される。
【００２２】
その飛行またはシミュレーションの未変更実効知覚騒音レベル（ＥＰＮＬ）のこの結果を、判断菱形２９で検査して、ＩＣＡＯルール規制値がこれによって満足されたかどうかを判定し、したがって、アコースティックエミッションスペクトルまたはシミュレーションがそれから得られたエンジンによって満足されたかどうかを判定する。満足されていない場合には、コンピュータは、円Ａを介して図４Ｂに進んで（ここでは重要でないが下で説明するさらなるステップに用いられる判断菱形をスキップして）、ＩＣＡＯルール規制値を満足する構成を見つけるための、エンジン再構成に対応する周波数に対するベースラインスペクトルピーク再分配ステップを開始する。その代わりに、このルール規制値がＥＰＮＬ結果によって満足されている場合には、コンピュータは、図４の円Ｂおよび円Ｄを介して進んで、図４Ｃの停止円でこの評価および再構成ステップを終了する。
【００２３】
これらのルール規制値が、ＥＰＮＬ結果によって満足されていない場合には、この失敗を起こす１つまたは複数の不快な音ピークまたはスペクトルピークの影響を軽減するために、エンジン構成変更が必要である。上で示したように、実施すべき最も簡単なエンジン構成変更は、ＩＣＡＯ騒音規制値を満足することの前述の失敗の源と思われる１つまたは複数のエンジンロータ上のエアフォイルの個数を増やすことに基づく。この性質の変更は、最初の手段であり、これに関する推定を、物理的および経済的な可能性の範囲内で、これらの規制値の満足をもたらすための放出周波数スケールに沿った外側への音ピークまたはスペクトルピークの十分なシフトにつながるこのようなロータ上のエアフォイル個数の必要な増加を行うための必要すなわち、これらの規制値が実際に提案される再構成されたエンジンによって満足されるかどうかを判定するために評価されなければならない構成変更に関して、行わなければならない。
【００２４】
これは、コンピュータによって、図４Ｂで、Ａと指定された開始円の後に行われ、この開始円には、前のエンジンがＩＣＡＯ騒音ルール規制値を満足するのに失敗した後に図４Ａから達する。コンピュータは、判断菱形３０で、さらに進行するために１つまたは複数の不快な音ピークまたはスペクトルピークをそこからシフトする基礎として図４Ａのブロック１６でデータベース１２に格納された、第１から始まる事前に準備された第ｎ修正未変更ベースラインスペクトルを有するかどうか、あるいは、進行するためにデータベース１２からそのスペクトルを取り出さなければならないかどうかを判定する。この第ｎ修正未変更ベースラインスペクトルは、コンピュータによって、ブロック３１でピークシフトステップにかけられ、このステップでは、コンピュータは、周知の推定手順を使用して、そのスペクトルに関して対応する第１シフト変更済みベースラインスペクトルを形成するのに必要な推定された１つまたは複数の不快なスペクトルピークの周波数軸に沿った外向きの十分で実現可能なシフトを推定する。この手順は、ある回転速度のロータ上のエアフォイルの個数と、対応するアコースティックエミッション周波数と、の間の関係の実質的に比例する線形性に基づく。
【００２５】
この第ｎシフト変更済みベースラインスペクトルは、さらに、次のブロック３２で上で説明したように第ｎシフト変更済みｎｏｙ値スペクトルに変換され、後続ブロック３３でデータベース１２に格納される。この最後のスペクトルのｎｏｙ値は、さらなるブロック３４でコンピュータによってこの第ｎシフト変更済みｎｏｙ値スペクトルの音響スペクトル周波数範囲にまたがって合計されて、やはり上で説明したこのｎΔｔサンプリング瞬間の対応する知覚騒音レベルが判定される。コンピュータは、判断菱形３５で、さらに進行するためにブロック３４での合計中にブロック３１からの第ｎシフト変更済みベースラインスペクトルを保持したかどうか、あるいはさらに進行するために第ｎシフト変更済みベースラインスペクトルをデータベース１２から取り出さなければならないかどうかを判定する。
【００２６】
コンピュータは、さらに進行する準備ができた時に、後続ブロック３６で音修正ステップつまり音補正ステップに入って、ピークシフトの後に第ｎシフト変更済みベースラインスペクトル内の過剰な大きさのスペクトルピークになっているものを選択し、それから、上で説明した対応するペナルティ値を判定する。コンピュータは、このペナルティ値を対応する第ｎ知覚騒音レベルに加算し、これによって第ｎシフト変更済み純音補正知覚騒音レベルつまり第ｎシフト変更済み音修正知覚騒音レベル（ＰＮＬＴ）を判定する。第ｎ修正未変更ベースラインスペクトルに対応するこの第ｎシフト変更済み純音補正知覚騒音レベルつまり第ｎシフト変更済み音修正知覚騒音レベル（および第ｎ未変更ベースラインと、第ｎ実効スペクトルと、の両方）の判定を完了した時に、コンピュータは、判断菱形３７でサンプルカウンタを検査して、その中で保たれるカウントｎがＮに達したかどうかを判定する。このようなカウント値は、飛行またはシミュレーションに関する未変更ベースラインスペクトルのすべてが、その飛行またはシミュレーションの実効シフト変更済み知覚騒音レベルを判定するためにコンピュータによって操作されたかどうかを示す。そうでない場合には、コンピュータは、さらなるブロック３８でサンプルカウンタを増分し、判断菱形３０の前に戻って、この、次修正未変更ベースラインスペクトルを操作する。
【００２７】
修正未変更ベースラインスペクトルのすべてがコンピュータによって操作されている場合には、サンプルカウンタはｎ＝Ｎを有し、コンピュータは、後続ブロック３９で、サンプル実効スペクトルごとに１つのＮ個の格納されたシフト変更済み純音補正知覚騒音レベルつまりシフト変更済み音修正知覚騒音レベル（ＰＮＬＴ）と、Δｔと、をデータベース１２から取り出す。次に、コンピュータは、さらなるブロック４０で、これらのＮ個の格納されたシフト変更済み純音補正知覚騒音レベルつまりシフト変更済み音修正知覚騒音レベルを合計し、その結果を飛行またはシミュレーションの総時間ＮΔｔで割って、飛行またはシミュレーションの時間にわたるこれらのＮ個の格納されたシフト変更済み純音補正知覚騒音レベルつまりシフト変更済み音修正知覚騒音レベルの平均をとる。したがって、コンピュータは、これによって、ＩＣＡＯ騒音評価ルールによる飛行またはシミュレーションのシフト変更済み実効知覚騒音レベル（ＥＰＮＬ）をもたらし、このＥＰＮＬは、次のブロック４１でデータベース１２に格納される。
【００２８】
この第１の推定された再構成の結果の例を、図５のグラフに示すが、図５には、アコースティックエミッションスペクトルから形成された等価な１／３オクターブ帯スペクトル内の周波数の中点がプロットされている。破線までの実線プロット部分およびその破線は共に、修正未変更ベースラインスペクトルであり、実線スペクトル全体は、修正シフト変更済みベースラインスペクトルである。前述の手順は、「修正」の使用によって示されるように、大気減衰を考慮に入れた音圧レベル値を有する修正シフト変更済みベースラインスペクトル内の５０００Ｈｚのスペクトルピークへの、修正未変更ベースラインスペクトル内の４０００Ｈｚのスペクトルピークのシフトを実施して示されている。
【００２９】
未変更のおよび結果のシフト変更済みＰＮＬＴ時間変動を、図６Ａに示す。図６Ｂに、再構成が、最大スペクトルピークの放出を４０００〜５０００Ｈｚにシフトさせることよって、期待されるように、図６Ｃに示された関連するＥＰＮＬ値の改善と共に、その最大スペクトルピークの放出周波数軸上の位置を変更することを示す。この特定の例でのＥＰＮＬにおける全体的な利益は、約０．５ｄＢと推定される。
【００３０】
より高い放出騒音改善を行えるかどうかを判定するために、推定され、その後、放出騒音改善について評価される、次のエンジン再構成手段は、代替案を実施するのがしばしばより難しいものに変化する。これには、未変更ベースラインスペクトル内の、したがってエンジンアコースティックエミッションスペクトル内の２つの隣接する周波数帯の少なくとも一部にまたがってスペクトルピークまたは音ピークを分配するための、不快な音ピークまたはスペクトルピークをもたらす圧縮器またはタービン内で用いられる複数のロータ上のエアフォイルの個数の変更およびこれらのロータの回転速度の変更が用いられる。やはり、これに関する推定を、これらの規制値の満足をもたらすのに十分な放出周波数スケールに沿って外への音ピークまたはスペクトルピークのシフトおよび分配につながる、やはり物理的および経済的な可能性の中での、このようなロータ上のエアフォイル個数の必要な変更およびこれに必要な回転速度変更に関して行う必要がある。やはり、これらの構成変更は、必要な場合に、提案される再構成されたエンジンによって規制値が満足されるかどうかを判定するために評価されなければならない。
【００３１】
これは、図４Ｂに示されたステップでのピークシフト再構成の選択およびその騒音評価を完了した後に、Ｃと指定された開始円に図４Ｂから達した後に、コンピュータによって図４Ｃで行われる。コンピュータは、判断菱形５０で、さらに進行するために１つまたは複数の不快な音ピークまたはスペクトルピークをそこからシフトする基礎として図４Ａのブロック１６でデータベース１２に格納された、第１から始まる事前に準備された第ｎ修正未変更ベースラインスペクトルを有するかどうか、あるいは、進行するためにデータベース１２からそのスペクトルを取り出さなければならないかどうかを判定する。この第ｎ修正未変更ベースラインスペクトルは、コンピュータによって、ブロック５１でピーク分配ステップにかけられ、このステップでは、コンピュータは、周知の推定手順を使用して、対応する第１分配変更済みベースラインスペクトルを形成するためにそのスペクトルに関する必要に応じた、２つの隣接する周波数帯にまたがってピークまたはピークのそれぞれを位置決めし、再分配するための推定される１つまたは複数の不快なスペクトルピークの周波数軸に沿った外向きの十分な実現可能なシフトを推定する。やはり、これらの手順は、ある回転速度のロータ上のエアフォイルの個数と、回転速度のある範囲にわたる対応するアコースティックエミッション周波数と、の間の関係の実質的に比例する線形性に基づく。
【００３２】
この第ｎ分配変更済みベースラインスペクトルは、さらに、次のブロック５２で上で説明したように第ｎ分配変更済みｎｏｙ値スペクトルに変換され、後続ブロック５３でデータベース１２に格納され、そのｎｏｙ値は、さらなるブロック５４でコンピュータによってこの第ｎ分配変更済みｎｏｙ値スペクトルの音響スペクトル周波数範囲にまたがって合計されて、やはり上で説明したこのｎΔｔサンプリング瞬間の対応する知覚騒音レベルが判定される。コンピュータは、判断菱形５５で、さらに進行するためにブロック５５での合計中にブロック５１からの第ｎ分配変更済みベースラインスペクトルを保持したかどうか、あるいはさらに進行するために第ｎ分配変更済みベースラインスペクトルをデータベース１２から取り出さなければならないかどうかを判定する。
【００３３】
コンピュータは、さらに進行する準備ができた時に、後続ブロック５６で音修正ステップつまり音補正ステップに入って、ピークシフトおよび再分配の後に第ｎ分配変更済みベースラインスペクトル内の過剰な大きさのスペクトルピークになっているものを選択し、それから、上で説明した対応するペナルティ値を判定する。コンピュータは、このペナルティ値を対応する第ｎ知覚騒音レベルに加算し、これによって第ｎ分配変更済み純音補正知覚騒音レベルつまり第ｎ分配変更済み音修正知覚騒音レベル（ＰＮＬＴ）を判定する。第ｎ未変更ベースラインスペクトル（および第ｎ実効スペクトル）に対応するこの判定を完了した時に、コンピュータは、判断菱形５７でサンプルカウンタを検査して、その中で保たれるカウントｎがＮに達したかどうかを判定する。このようなカウント値は、飛行またはシミュレーションに関する未変更ベースラインスペクトルのすべてが、その飛行またはシミュレーションの実効分配変更済み知覚騒音レベルを判定するためにコンピュータによって操作されたかどうかを示す。そうでない場合には、コンピュータは、さらなるブロック５８でサンプルカウンタを増分し、ブロック５０の前に戻って、この、次修正未変更ベースラインスペクトルを操作する。
【００３４】
修正未変更ベースラインスペクトルのすべてがコンピュータによって操作されている場合には、サンプルカウンタはｎ＝Ｎを有し、コンピュータは、後続ブロック５９で、サンプル実効スペクトルごとに１つのＮ個の格納された分配変更済み純音補正知覚騒音レベルつまり分配変更済み音修正知覚騒音レベル（ＰＮＬＴ）およびΔｔをデータベース１２から取り出す。次に、コンピュータは、さらなるブロック６０で、これらのＮ個の格納された分配変更済み純音補正知覚騒音レベルつまり分配変更済み音修正知覚騒音レベルを合計し、その結果を飛行またはシミュレーションの総時間ＮΔｔで割って、飛行またはシミュレーションの時間にわたるこれらのＮ個の格納された分配変更済み純音補正知覚騒音レベルつまり分配変更済み音修正知覚騒音レベルの平均をとる。したがって、コンピュータは、これによって、ＩＣＡＯ騒音評価ルールによる飛行またはシミュレーションの分配変更済み実効知覚騒音レベル（ＥＰＮＬ）をもたらし、このＥＰＮＬは、次のブロック６１でデータベース１２に格納される。
【００３５】
この第２の推定された再構成の結果のさらなる例を、図７のグラフに示すが、図７には、アコースティックエミッションスペクトルから形成された等価な１／３オクターブ帯スペクトル内の周波数の中点がプロットされている。破線までの実線プロット部分およびその破線は、一緒に、図５に示された４０００Ｈｚの支配的スペクトルピークを有するものと一致する修正未変更ベースラインスペクトルであり、実線スペクトル全体は、修正分配変更済みベースラインスペクトルである。前述の手順は、「修正」の使用によって示されるように、大気減衰を考慮に入れた音圧レベル値を有する修正分配変更済みベースラインスペクトル内の５０００Ｈｚ前後で「帯域共有」を促進するための、修正未変更ベースラインスペクトル内の４０００Ｈｚのこのピーク内のスペクトルのシフトおよび再分配を、不快なロータの適切に推定されたエアフォイル数およびロータ回転速度を介して実施して示されている。
【００３６】
未変更のおよび結果の分配変更済みＰＮＬＴ時間変動を、図８Ａに示す。図８Ｂに、やはり、再構成が、最大スペクトルピークを４０００〜約５０００Ｈｚにシフトさせることによって、期待されるように、図８Ｃに示された関連するＥＰＮＬ値の改善と共に、その最大スペクトルピークの放出周波数軸上の位置を変更することを示す。この特定の例でのＥＰＮＬにおける全体的な利益は、約１．０ｄＢと推定される。
【００３７】
対応する騒音特性を判定するためにＩＣＡＯルールに従うエンジン構成に関するエンジンアコースティックエミッションスペクトルを評価し、エンジン構成ならびに対応する放出スペクトル特性および騒音特性を推定する前述のステップは、検査される構成に関する所望のＥＰＮＬ値を設計目標として含めることによって、より大きいコンピュータ支援エンジン設計ステップの一部にすることができる。このような包含的エンジン設計最適化ステップ７０の流れ図を図９に示すが、この包含的エンジン最適化ステップ７０は、図９に示された開始円から、ブロック７１で、エンジン設計目標を満足すると考えられる初期エンジン構成を指定する設計パラメータおよび設計制約を入力し、これをデータベース１２に格納することによって開始される。
【００３８】
これらのパラメータおよび制約は、コンピュータによって、さらなるブロック７２で初期タービンエンジン構成または予備タービンエンジン構成に変換され、コンピュータは、次のブロック７３でエンジンアコースティックエミッションに関してこの構成の性能をシミュレートして、エンジンアコースティックエミッション飛行時ヒストリを入手し、このエンジンアコースティックエミッション飛行時ヒストリから、コンピュータは、後続ブロック７４でエンジン構成騒音特性を判定し、それに関する必要な改善を探す。ブロック７４でのコンピュータによるこの着手は、図４Ａのブロック７４で入るものとして示され、図４Ａの開始円で開始される、図４で前に説明したステップで使用されるサンプル点ごとにエンジンアコースティックエミッションスペクトルを提供するためのエンジンアコースティックエミッション飛行時ヒストリに基づく。
【００３９】
コンピュータは、図４Ａで未変更構成の騒音性能を検査し、図４Ａの判断菱形２９で、初期エンジン構成または予備エンジン構成がＩＣＡＯ騒音要件を満足することがコンピュータによって見つけられる場合には、コンピュータは、上で説明したように、菱形２９から図４Ａおよび図４Ｂの円Ｂに進み、図４Ｂおよび図４Ｃの円Ｄを介してこの最後の図の停止円に進み、これによって図９の判断菱形７５に達することによって、図４のステップを終了する。そうではなく、図４Ａの判断菱形２９で、初期エンジン構成または予備エンジン構成がＩＣＡＯ騒音要件を満足しないことがコンピュータによって見つけられる場合には、コンピュータは、図４Ａの菱形２９からその図のさらなる判断菱形７６に進むことによって判定する。そこで、コンピュータは、ａ）さらなるエンジン開発の案内においてエンジン騒音放出性能目標に達するためのより適切な構成を選択するために図９のブロック７４で初期エンジン設計または予備エンジン設計の騒音特性を評価するために図４のステップを実行しているか、あるいはｂ）下でさらに説明する図９のステップ内にさらに配置されるそのような図４のステップの評価ブロック内で開始して評価が行われるエンジン性能目標のすべてに到達するために最適化済みのより十分に開発されたエンジン構成設計の騒音性能を評価するために図４のステップを実行しているかのどちらであるかを判定する。
【００４０】
コンピュータが、それが図９のブロック７４の構成選択案内努力において動作していると判定する場合に、コンピュータは、図４Ａの判断菱形７６のこの判定から円Ａおよびその先に進んで、図４Ｂおよび図４Ｃの流れ図を通って継続する際に開発される可能性があるエンジン構成変形を見つけて、この最後の図の停止円に達し、そこから、図９の判断菱形７５に移動する。その代わりに、コンピュータが、図４Ａの判断菱形７６で、下で説明する図４のステップの評価ブロックに入ったのでより十分に開発された最適化されたエンジン構成設計を評価していると判定する場合に、コンピュータは、未変更エンジン構成に関する図４Ａの騒音特性評価だけを提供し、やはり図４Ａの判断菱形７６からその図および図４Ｂの円Ｂに進み、後者の図および図４Ｃの円Ｄを介してこの最後の図の停止円に進むことによって、図４のステップを終了する。そこから、コンピュータは、下で説明される図９のこの図４ステップ評価ブロックから、やはり下で説明される図９の後続の判断菱形に移動する。
【００４１】
しかし、図９の説明の現在の時点では、コンピュータは、図９のブロック７４の構成選択案内努力を行っており、コンピュータは、図４のステップを通って、初期エンジン構成設計または予備エンジン構成設計がＩＣＡＯ騒音要件を満足するか、それをよりよく行うと推定される提供される再構成変形を有するかのいずれかであることを見つけ、したがって、どちらの状況でも、図４Ｃの停止円に達し、そこから、コンピュータは、図９の判断菱形７５に移動する。そこで、コンピュータは、図９のブロック７４で図４のステップを実行することからの結果のすべてを有するかどうかを判定し、そうでない場合には、最小限でもそのステップで見つかった未変更実効知覚騒音レベルと、おそらくはやはりそのステップで見つかった可能性があるシフト変更済み知覚騒音レベルおよび分配変更済み知覚騒音レベルと、のうちでそれが有しないものをデータベース１２から入手するために進行する。コンピュータは、これらの結果のすべてを得たならば、後続ブロック７７で、それらのうちで最小の知覚騒音レベルを実現するものを選択する。もちろん、ＩＣＡＯ騒音要件を満足したエンジン初期設計またはエンジン予備設計の最初の実例では、デフォルトで、選択は、未変更実効知覚騒音レベルでなければならない。
【００４２】
シフト変更済み知覚騒音レベルおよび分配変更済み知覚騒音レベルのいずれかがブロック７４で見つかっており、その一方が最小値として選択される場合に、コンピュータは、さらなる判断菱形７８で、対応する騒音特性ベースの構成変更に対処することが、他のエンジン構成設計変更を必要とするかどうかを判定する。そうである場合には、動作可能なエンジンをもたらすのに十分な修正対処エンジン再構成が、次のブロック７９で判定され、この再構成は、さらなるブロック８０で、目標エンジン重量、エンジン燃料消費、エンジンアコースティックエミッション、エンジンコストなどを伴う目的関数ならびにエンジン構造パラメータと、エンジン動作パラメータと、の間のさまざまな関係に基づく設計制約を受ける設計最適化ステップを受ける。これらの制約のすべてが以前にデータベース１２に格納され、ブロック８０でデータベース１２から取り出される。この最適化ステップからの設計パラメータを、その後、次のブロック８１でデータベース１２に格納する。
【００４３】
次に、ブロック８０で見つかった最適タービンエンジン構成の性能を、さらなるブロック８２で、飛行時アコースティックエミッションヒストリを含めてシミュレーションによって見つける。そのヒストリは、後続ブロック８３で図４のステップをもう一度開始するための基礎になるサンプル点ごとのエンジンアコースティックエミッションスペクトルを提供し、この図４のステップは、上で後で説明するものとして示された図４のステップブロックであり、図４Ａの判断菱形７６でコンピュータによってブロック７４から区別される。ブロック８０で見つけられる、より十分に開発された最適化されたエンジン構成設計は、上で示したように、ブロック８０で見つけられた未変更構成に関する図４Ａの騒音特性評価ステップすなわち、その構成がＩＣＡＯルール騒音規制値を満足するか否かのステップだけを受ける。というのは、規制値が満足される場合にはコンピュータが判断菱形２９を介して図４のステップを終了し、規制値が満足されない場合には判断菱形７６を介して終了するからである。これらの判断菱形のいずれもが、コンピュータを、図４Ａおよび図４Ｂの円Ｂ、図４Ｂおよび図４Ｃの円Ｄ、およびその後に図４Ｃの停止円に進ませる。
【００４４】
コンピュータは、ブロック８３の図４のステップから出て、さらなる判断菱形８４に移動し、この判断菱形８４は、やはり上で後で説明するものとして示された判断菱形であり、この判断菱形８４では、ブロック８０で見つかった最適化されたエンジン構成のより幅広い試験を行って、この構成が、アコースティックエミッション騒音ルール規制値を含むすべてのエンジン要件を満足したかどうかを判定する。最適化されたタービンエンジン構成が、すべてのタービンエンジン要件を満足してはいない場合、または許容できる形でそれらを満足してはいない場合に、コンピュータは、後続ブロック８５で、さまざまな方法を使用して、目的関数内のエンジン目標の間にトレードオフが存在する場合にどのトレードオフを許容できるかと、これらの要件を満足しまたはよりよく満足するために、制約するエンジン構造および運転パラメータにおいてどの変更を行うことができ、行わなければならないかと、を推定し、修正された設計パラメータの対応する組を形成する。その後、コンピュータは、ブロック７２の前に移動して、エンジン設計最適化ステップ７０のほとんどをもう一度行い始め、コンピュータは、前にブロック７１でデータベース１２に格納された未変更のパラメータおよび制約がある場合に、それらに鑑みてブロック８５で見つかる設計パラメータから予備タービンエンジン構成を判定する。これらのステップは、判断菱形８４でタービンエンジン構成がタービンエンジン要件を満足することがわかるまで繰り返され、満足するとわかった時には、このステップは、最後のブロック８６で終了する。
【００４５】
本発明を、好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに形態および詳細において変更を行えることを認めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】アコースティックエミッションスペクトル表現のプロットを示すグラフである。
【図２】放出スペクトル修正値を示すプロットを示すグラフである。
【図３】正規化された大気減衰パラメータのプロットを示すグラフである。
【図４Ａ】本発明を実施する流れ図を示す図である。
【図４Ｂ】本発明を実施する流れ図を示す図である。
【図４Ｃ】本発明を実施する流れ図を示す図である。
【図５】本発明に関連するアコースティックエミッションスペクトル表現のプロットを示すグラフである。
【図６Ａ】図５の表現に関連する、本発明を使用して達成される結果を示すプロットを有するグラフである。
【図６Ｂ】図５の表現に関連する、本発明を使用して達成される結果を示すプロットを有するグラフである。
【図６Ｃ】図５の表現に関連する、本発明を使用して達成される結果を示すプロットを有するグラフである。
【図７】本発明に関連するアコースティックエミッションスペクトル表現のプロットを示すグラフである。
【図８Ａ】図７の表現に関連する、本発明を使用して達成される結果を示すプロットを有するグラフである。
【図８Ｂ】図７の表現に関連する、本発明を使用して達成される結果を示すプロットを有するグラフである。
【図８Ｃ】図７の表現に関連する、本発明を使用して達成される結果を示すプロットを有するグラフである。
【図９】本発明を実施する流れ図を示す図である。
【図１】
2008145436.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
2008145436.tif 000016
【図９】
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【外国語明細書】
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