(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンのノイズを低減する航空機エンジン部品を提供する。【解決手段】エンジンによって発生するノイズの低減に役立つ部品１０を備える航空機エンジンが提供される。この部品１０は、第一の空力表面１６と、第二の空力表面１８と、第一の空力表面１６と第二の空力表面１８との間の圧力差を変化させることなくノイズを低減する手段とを有する。前記ノイズ低減手段は、各セル２２が前記空力表面の一方１６、１８を境界としかつこのセル２２がこの一方の空力表面１６、１８の上を流れる流体の一部を受け入れる開口部２０を有する、複数のセル２２を有する前記部品１０と、前記セル２２内の前記流体が前記一方の空力表面１６、１８から前記空力表面の他方１８、１６に流れることを防止する手段とを備える。前記流体流れ防止手段は、前記二つの空力表面１６、１８の中間に位置する形状付き裏当て部材２６を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の空力表面と、第二の空力表面と、第一の空力表面と第二の空力表面との間の圧力差を変化させることなくノイズを低減する手段とを有することを特徴とする、ターボファンエンジンのノイズを低減するための航空機エンジン部品。
【請求項２】
前記ノイズ低減手段は、各セルが前記空力表面の一方を境界としかつこのセルがこの一方の空力表面の上を流れる流体の一部を受け入れる開口部を有する、複数のセルを有する前記部品と、前記セル内の前記流体が前記一方の空力表面から前記空力表面の他方に流れることを防止する手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の航空機エンジン部品。
【請求項３】
前記流体流れ防止手段は、前記二つの空力表面の中間に位置する形状付き裏当て部材を備えることを特徴とする請求項２記載の航空機エンジン部品。
【請求項４】
前記部品は、支柱を備えることを特徴とする請求項２記載の航空機エンジン部品。
【請求項５】
前記ノイズ低減手段は、前記空力表面の少なくとも一方に複数の開口部と、前記二つの空力表面によって画定された空間内に位置するプレナムと、前記少なくとも一方の空力表面の上を流れる前記流体の一部が前記プレナムに導入されるように前記開口部および前記プレナムに接続された少なくとも一つの流体通路とを備えることを特徴とする請求項１記載の航空機エンジン部品。
【請求項６】
各々の前記空力表面は、前記プレナムと連通する複数の開口部を有することを特徴とする請求項５記載の航空機エンジン部品。
【請求項７】
前記少なくとも一方の空力表面は、エーロフォイルの吸気側表面を備えることを特徴とする請求項５記載の航空機エンジン部品。
【請求項８】
前記部品は、エーロフォイル部分を有し、前記ノイズ低減手段は、前記エーロフォイル部分の前縁に取り付けられた多孔性部材を備えることを特徴とする請求項１記載の航空機エンジン部品。
【請求項９】
前記部品は、ファン出口ガイドベーンを備えることを特徴とする請求項８記載の航空機エンジン部品。
【請求項１０】
ロータと、
前記ロータの下流の部品と、
を有する航空機エンジンであって、前記部品は、第一の空力表面と、第二の空力表面と、第一の空力表面と第二の空力表面との間の圧力差を変化させることなくノイズを低減する手段とを有することを特徴とする航空機エンジン。
【請求項１１】
前記ノイズ低減手段は、各セルが前記空力表面の一方を境界としかつこのセルがこの一方の空力表面の上を流れる流体の一部を受け入れる開口部を有する、複数のセルを有する前記部品と、前記セル内の前記流体が前記一方の空力表面から前記空力表面の他方に流れることを防止する手段とを備えることを特徴とする請求項１０記載の航空機エンジン。
【請求項１２】
前記流体流れ防止手段は、前記二つの空力表面の中間に位置する形状付き裏当て部材を備えることを特徴とする請求項１１記載の航空機エンジン。
【請求項１３】
前記ノイズ低減手段は、前記空力表面の少なくとも一方に複数の開口部と、前記二つの空力表面によって画定された空間内に位置するプレナムと、前記少なくとも一方の空力表面の上を流れる前記流体の一部が前記プレナムに導入されるように前記開口部および前記プレナムに接続された少なくとも一つの流体通路とを備えることを特徴とする請求項１０記載の航空機エンジン。
【請求項１４】
各々の前記空力表面は、前記プレナムと連通する複数の開口部を有することを特徴とする請求項１３記載の航空機エンジン。
【請求項１５】
前記少なくとも一つの空力表面は、エーロフォイルの吸気側表面を備えることを特徴とする請求項１３記載の航空機エンジン。
【請求項１６】
前記部品は、エーロフォイル部分を有し、前記ノイズ低減手段は、前記エーロフォイル部分の前縁に取り付けられた多孔性部材を備えることを特徴とする請求項１０記載の航空機エンジン。
【請求項１７】
前記エンジンは、ターボファンエンジンであることを特徴とする請求項１０記載の航空機エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジン、特にターボファンエンジンに用いられる部品であって、エンジンによって発生するノイズを低減する手段を備える部品に関する。
【０００２】
（米国政府の権益）
米国政府は、米国航空宇宙局と結ばれた契約第ＮＡＳ３−９８００５号の結果として本発明について一定の権利を有し得る。
【背景技術】
【０００３】
今日のターボファンエンジンによって発生するノイズは、重大な経済的影響力を有する。なぜならば飛行機の運行は、一日のうちの特定の時間に制限され、そのために例えば貨物飛行機の２４時間使用ができないからである。このノイズのかなりの部分は音響的な性質のものであり、部分的には上流のロータから発した伴流とステータとの間の非定常（ｕｎｓｔｅａｄｙ）の空力的相互作用に起因し得るものである。バイパス比を増加させるとファンノイズが支配的な音源となる可能性がある。
【０００４】
過去におけるファン音響ノイズの低減方法には、基本モードが除去されるようにブレード／ベーンの数を選択すること、ロータ−ステータ間隔を広げること、入口および出口ファンダクトに防音ライニングを用いること、などがある。しかしながらこれらの技術のいくつかが常に適用可能であるとは限らない。ダクトライナの問題点は、十分なノイズ減衰を与えるのに必要な厚さが非常に大きくなるために、高いバイパス比においては大きな重量増加をもたらすことである。
【特許文献１】米国特許第６，１３９，２５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
音響ノイズの低減を目指す技術の追求において、その技術が平均流量におよぼす影響が最小であることが決定的に重要である。特に出口ガイドベーンで屈曲する流れの流量は影響されてはならないし、流量損失が有意に大きくなってはならない。なぜならこれによって性能低下が起こるからである。したがって、ホー（Ｈｏ）らに与えられた米国特許第６，１３９，２５９号に示される、出口ガイドベーン（または支柱（ｓｔｒｕｔ））の圧力側および吸気側の表面を、エーロフォイル前縁面の全体にわたって設けた複数の小さな流路（ｃｈａｎｎｅｌ）によって連通させる方法は実際的ではない。なぜならこれによって平均負荷および非定常負荷がいずれも変化するからである。
【０００６】
非定常負荷に大きな（予測可能な）変化をもたらすことが可能である一方、定常（ｓｔｅａｄｙ）負荷にはほとんど影響を与えないようなシステムを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって本発明の目的は、ガスタービンエンジンのノイズを低減する航空機エンジン部品を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、ノイズ低減手段が非定常負荷に大きな（予測可能な）変化をもたらす一方、定常負荷にはほとんど影響を与えないような航空機エンジン部品を提供することである。
【０００９】
上述の目的は、本発明による航空機エンジン部品によって達成される。
【００１０】
本発明によれば、ターボファンエンジンのノイズを低減する航空機エンジン部品が提供される。この航空機エンジン部品は一般に、第一の空力表面と、第二の空力表面と、第一の空力表面と第二の空力表面との間の圧力差を変化させることなくノイズを低減する手段とを有する。
【００１１】
ターボファンエンジンのノイズ低減のための音響インピーダンス改善のその他の詳細、およびこれに付随するその他の目的および利点は、以下の詳細な説明、および類似の参照符号が類似の部材を表している添付の図面に提示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、ガスタービンエンジンの部品によって発生するノイズの低減に指向されている。例えばノイズは、ロータの伴流とファン出口ガイドベーンとの相互作用によって発生する可能性がある。またノイズは、音波などのポテンシャル場と流れ経路中の剛性物体との相互作用によって発生する可能性がある。これらの剛性物体は、ガイドベーン、支柱、および分岐を含む。
【００１３】
ここで図を参照すれば、図１は、ガスタービンエンジンによって発生するノイズを低減する手段を有するエンジン部品１０の第一の実施例を図示している。部品１０は、エンジンに用いられるベーンまたはブレードであってよい。図１からわかるように、部品１０は、前縁１２と、後縁１４と、前縁１２から後縁１４へ延びる第一の表面１６および第二の表面１８とを有する。表面１６および１８はそれぞれ、複数の孔または開口部２０を有する。部品１０は、横断部材２４と形状付き（ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ）裏当て材２６とによって複数のセル２２に分割されている。形状付き裏当て材２６は、業界に知られる任意の適当な金属性または非金属性の材料から形成された防音ライナであってよい。各セル２２の深さは、翼弦方向で変化する裏当て材２６の形状によって変化する。
【００１４】
運転に際して空気などの流体が表面１６および１８上を流れ、セル２２に入る。裏当て材２６の存在によって、空気が表面１６および１８のうちの一方から表面１６および１８のうちの他方へと、部品１０を通過することが防止される。その結果、部品１０にわたり作り出される圧力差は変化しない。裏当て材の表面２７は、コンプライアンス要素、レジスタンス要素、およびイナータンス要素から構成されており、衝突する乱流に対する部品１０の非定常応答を変化させる。したがって、裏当て材２６の寸法を適当に調整することによって、部品１０が散乱させる音波の振幅を小さくするように、非定常応答を選択することができる。
【００１５】
裏当て材２６は、翼弦方向で変化することを説明したが、裏当て材２６はまた、翼幅方向で変化してもよいことに留意すべきである。さらにまた有孔表面の厚さ、および孔の密度／形状の、翼弦方向および翼幅方向への依存変化もまた表面インピーダンスの調節に用いられてよい。
【００１６】
ここで図２を参照すれば、部品がファン出口ガイドベーンのように薄いエーロフォイルである場合は、図１に示されるような防音ライナまたは裏当て材の使用が実際的でない可能性がある。このような条件では、コンプライアンスをレジスタンスおよびイナータンスから切り離すことが望ましい。図２は、コンプライアンスを与える内部プレナム４２を有するファン出口ガイドベーン４０を図示している。エーロフォイル圧力側表面４６および／またはエーロフォイル吸気側表面４８に孔４４が設けられてよい。各々の孔４４は、一連の独立の流体通路５０によってプレナム４２に接続されている。図２に示されるように、孔は、エーロフォイル表面４６および／または４８の小さな領域に限定されてよい。これらの領域の最適位置は、ブレード列の非定常な空気力学的応答から決定できる。表面４６から表面４８へとベーン４０を通過して延びる流体通路は存在しないので、表面４６および４８にわたる圧力差が変化することは全くない。プレナム４２を介して必要なコンプライアンスを与えることによってエンジンノイズが低減される。
【００１７】
ノイズ低減技術の第三の実施例が図３に示されている。この実施例では、キャンバーを有しない、多孔性材料からなる短いプレート６０が、エンジン部品のエーロフォイル部分６２の前縁６１に取り付けられている。プレート６０は、平均流れ方向６４に対して平行に向いている。前出の実施例とは異なり、プレート６０の両側の流れは互いに連通する。しかしながら流れの流入方向に沿うプレート６０の向きの故に、その定常負荷に対する影響は最小である。しかしながら向かってくるロータ伴流によってもたらされるような非定常の乱流は、プレート６０のインピーダンスによって大幅に影響される。これはエーロフォイルの非定常負荷に対して、したがって発生するノイズに対して影響するであろう。この実施例は、ホー（Ｈｏ）らに与えられた米国特許第６，１３９，２５９号に示される装置に表面的に似ているが、これとの根本的な差異は、抵抗性要素がエーロフォイルの有効部分、すなわち流れの方向変化が起こる領域に含まれないということにある。結果として部品のエーロフォイル領域にわたる圧力差は保たれる。
【００１８】
ここに記載した三つの実施例は、本発明の新規な特徴を説明している。これらにおいては、散乱される音響エネルギーが、同じ乱流と、類似の不透過性部品との相互作用によって発生するであろう音響エネルギーよりも小さくなるような仕方で、衝突する乱流に対するエーロフォイルの非定常応答が変化するように、部品の表面インピーダンスが調節される。
【００１９】
本発明によって、前述の目的、手段、および利点を完全に満足する、ターボファンエンジンのノイズ低減のための音響インピーダンス改善が提供されたことは明らかである。本発明をその特定の実施例によって説明したが、前述の説明を読んだ当業者には代替、修正、および変更が明らかとなるのは自明である。したがって添付の請求範囲の広い範囲は、これらの代替、修正、および変更を包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ガスタービンエンジンによって発生するノイズを低減する手段を有するエンジン部品の第一の実施例を図示する。
【図２】ガスタービンエンジンによって発生するノイズを低減する手段を有するエンジン部品の第二の実施例を図示する。
【図３】ガスタービンエンジンによって発生するノイズを低減する手段を有するエンジン部品の第三の実施例を図示する。
【符号の説明】
【００２１】
１０…エンジン部品
１２…前縁
１４…後縁
１６…第一の表面
１８…第二の表面
２０…開口部
２２…セル
２４…横断部材
２６…形状付き裏当て材
４０…ファン出口ガイドベーン
６２…エーロフォイル部分
【図１】
2005180430.tif 000003
【図２】
2005180430.tif 000004
【図３】
2005180430.tif 000005