(57)【要約】【課題】衝撃に付随する音響エネルギーを散乱可能なフィーチャを備えるダクトを提供する。【解決手段】ダクト２６は、衝撃の向きの方向Ｄにおいて延びる流体空力衝撃３４に伴う音響エネルギーを散乱可能な、周方向において分配されたフィーチャを有する。各フィーチャは、その長さの少なくとも一部にわたって、衝撃の向きの方向に対して実質的に垂直に配向される。フィーチャは、音響ライナー３０のセグメントを連結するのに使用されるスプライス４２、安定性を強化する鋳物調整部３２中のパーティション５６、あるいはその他の、衝撃付随の音響エネルギー散乱可能なフィーチャであってよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃向きの方向に延びる衝撃に伴う音響エネルギーを散乱させることのできる、周方向に分配されたフィーチャであって、各フィーチャはある長さを有し、少なくともその長さの一部にわたって、衝撃向きの方向に対して実質的に垂直に配向されるフィーチャを備えることを特徴とする、ダクト。
【請求項２】
前記フィーチャが端部を有し、端部は前記衝撃の向きの方向に対して実質的に垂直であることを特徴とする、請求項１記載のダクト。
【請求項３】
前記衝撃が伝播方向を有し、前記フィーチャは中心線を備え、かつ、前記フィーチャの前記長さに沿ったその中心線からほぼ等距離にある端部を備え、該中心線は、少なくとも前記長さの一部にわたって前記伝播方向に対して実質的に平行に配向されていることを特徴とする、請求項１記載のダクト。
【請求項４】
前記フィーチャが実質的に線形の中心線を有することを特徴とする、請求項１記載のダクト。
【請求項５】
前記フィーチャが区分的線形の中心線を有することを特徴とする、請求項１記載のダクト。
【請求項６】
前記フィーチャが湾曲した中心線を有することを特徴とする、請求項１記載のダクト。
【請求項７】
前記衝撃の向きの方向に対して垂直に配向された前記フィーチャの部分が、前記衝撃のフットプリント内に位置することを特徴とする、請求項１記載のダクト。
【請求項８】
音響調整部を備え、その場合、前記フィーチャがその音響調整部のセグメント間に位置するスプライスであることを特徴とする、請求項１記載のダクト。
【請求項９】
安定性を強化するダクト調整部を備え、その婆会い、前記フィーチャがその調整部中に周方向において分配された遮断部であることを特徴とする、請求項１記載のダクト。
【請求項１０】
前記安定性を強化するダクト調整部が、少なくとも１つの周方向において延在する溝からなることを特徴とする、請求項９記載のダクト。
【請求項１１】
前記ダクトが、軸を中心に回転可能なブレードの列に外接するものであり、かつ、前記衝撃はそのブレードを通過する流体の流れに起因するものであることを特徴とする、請求項１記載のダクト。
【請求項１２】
前記衝撃が、音響設計条件において前記ブレードに沿った翼幅位置に生じる最大衝撃強さを有し、前記ブレードは、その同じ翼幅位置で決定される食い違い角を有し、かつ、前記フィーチャは、その食い違い角±約５°にほぼ等しい角度に配向されることを特徴とする、請求項１１記載のダクト。
【請求項１３】
前記音響設計条件が、約１．２のマッハ数で起こることを特徴とする、請求項１２記載のダクト。
【請求項１４】
前記ブレードがタービンエンジンのファンブレードであることを特徴とする、請求項１１記載のダクト。
【請求項１５】
前記ブレードが、実質的に径方向で延在する前縁を有することを特徴とする、請求項１１記載のダクト。
【請求項１６】
前記ブレードが前縁を有し、該前縁は少なくともその幅にわたって傾いていることを特徴とする、請求項１１記載のダクト。
【請求項１７】
前記ブレードが前縁と回転方向を有し、前記フィーチャが、上流方向において該前縁からの距離が増大するに伴って、より軸方向に向かって累進的に配向される湾曲した中心線を有することを特徴とする、請求項１１記載のダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダクト外に伝播する、流体力学的衝撃に付随する騒音を低減すフィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）を有するダクトに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機に動力を与えるのに使用されるようなガスタービンエンジンは、エンジンの前方端付近に配置されたファン・ブレードの列を備える。ブレードは、エンジン軸を中心として回転可能なハブから突出している。ケースは、径方向外側において作動媒体流体の流路の境界を画定するダクトを形成するよう、ブレード先端に外接している。ダクトの内壁は、ブレードの軸方向前方に存在する、エンジンから生じた騒音を減衰するための音響ライナーを備えている場合が多い。音響ライナーは、通常、周方向に分配されたスプライスで端部を相互に接合された、周方向に向かって延在するいくつかのセグメントからなる。スプライスは、音響ライナーの残部に存在する音響減衰特性を必ずしも備えてはいない。より技術的に説明すると、スプライスの音響インピーダンスは、音響ライナーの残部の音響インピーダンスとは異なる。
【０００３】
エンジンの運転中、各ブレードの線速度（時に、ホイール速度と称す場合ばある）は、半径が増大するにつれて増加する。その結果、ブレードの径方向外側部分が、遷音速又は超音速領域で動作する可能性がある。遷音速領域は、ブレードの前方における、上流には伝播されない局限化された空力衝撃の形成によって特徴付けられる。超音速領域は、上流に伝播される衝撃によって特徴付けられる。いずれの流速領域においても、音響ライナーのセグメントを接合しているスプライスは、その圧力変動が径方向において音響ライナーに必ずしも接近しているわけではないようなモードを含み得る音波中に散乱されるべき、衝撃の音響エネルギーを生じさせる可能性がある。従って、音響ライナーはそれらモードの減衰時には無効となる場合がある。付随する騒音は、前方に向かってダクト外へ伝播し得る。
【０００４】
原理的には、衝撃に付随する騒音は、一体構造ライナーの使用、又は音響ライナーに類似した騒音減衰特性を有するスプライスの使用によって減衰することができる。しかしながら、これらのアプローチは、常に、実用的ではなかったり、経済的でなかったりする。
【０００５】
タービンエンジンのダクトも又、ブレードの空力学的安定性を強化するために、通常、鋳物調整部と称される調整法を採用している。鋳物調整部の一種は、ブレードに対して軸方向に配列されたケース中において、周方向に延在する溝を備える。溝は、溝間レールにより軸方向において相互に離間されている。溝は、軸方向に延在し、周方向に分配されたパーティションによって遮断されている。パーティションの音響インピーダンスは、溝の音響インピーダンスとは異なるため、上述の音響スプライスのように、パーティションは、前方に向かってダクト外へ伝播する衝撃に付随する騒音を生じさせる可能性がある。空力学的理由に関してはパーティションが望ましいため、通常、そのようなパーティションを排除することはできない。さらに、これらパーティションは、音響的に溝と同様に作製することができる。
【０００６】
そのため、ダクト内には音響ライナーや鋳物調整部のパーティションなどのある種のフィーチャが見られ、衝撃に付随する騒音が生じてダクト外に伝播する可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明は、衝撃に付随する音響エネルギーを散乱可能なフィーチャを備えるダクトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示のダクトの一実施態様によれば、周方向において分配された、衝撃に付随する音響エネルギーを散乱可能なフィーチャが、少なくともそれらフィーチャの長さの一部にわたって、実質的に衝撃の向きの方向に対して垂直な方向に配向される。より具体的な態様では、ダクトは、回転可能なブレードの列に外接しており、衝撃はブレードを通過する流体の流れに起因する。
【０００９】
本発明のダクトの前述及び様々な態様のその他の特徴は、以下の説明並びに関連する図面からより明らかなものとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、航空機のガスタービンエンジンを示しており、該エンジンは、エンジン軸２４を中心に回転可能なハブ２２からそれぞれが径方向において突出しているファンブレードの列２０を備えている。ケースは、流路の径方向外側境界を画定するダクト２６を形成するようブレードの先端に外接している。エンジン運転中、作動媒体流体Ｓのストリームは、ダクトを通って流れ、ブレードを通過する。ダクトの内壁は、ブレードの軸方向前方において存在する音響ライナー３０を備えており、エンジンによって生じる騒音を減衰する。ダクトは又、ブレードの空力的安定性を強化するために、軸方向においてブレードと並べられた鋳物調整部３２を備える。図１は、音響ライナーと安定性強化鋳物調整部の両方を示しているが、音響ライナーと鋳物調整部はそれぞれ個別に使用することも可能である。
【００１１】
図２は、方向Ｒにおいて回転し、遷音速条件で作動するブレード２０を示している。遷音速条件における流体ストリームＳのマッハ数は、ブレードの前方において亜音速である。しかしながら、ブレードに伴って移動する観測器に対する流体ストリームは各ブレードの負圧面に沿って亜音速である。空力衝撃３４は、衝撃の向きの方向Ｄにおいて各ブレードの負圧面から延びている。衝撃の向きの方向は、衝撃源３６からその末端３８までほぼ同じである。ブレードの前方における亜音速条件のために、衝撃は局部的に限られており、ブレードの列の前方における短距離で消滅する。衝撃は伝播せずに消滅するが、衝撃の向きの方向Ｄに対して垂直な方向Ｐは、衝撃伝播方向と呼ばれる場合がある。
【００１２】
図２は又、音響ライナー３０が、２つ又はより多くの周方向に延びるセグメント３０ａ，３０ｂからなり、周方向において隣接するそれらの縁部は、軸方向に延在するスプライス４２で相互に接合されていることを示している。スプライスは、音響ライナーの残部に存在する騒音減衰特性を有する必要がない、即ち、スプライスの音響インピーダンスは、音響ライナーの残部の音響インピーダンスとは異なる。この音響特性における不整合性により、消失する衝撃のエネルギーを、衝撃自体が局部的に限られているものである場合でさえ、前方に向かってダクト外に伝播する音波中に散乱させる場合ができる。
【００１３】
図３は、長さＬと、直線の中心線４４と、その中心線からほぼ等距離にある一対の端部４６ａ，４６ｂとを有する線形スプライスを示している。スプライスは、衝撃の向きの方向Ｄに対して実質的に垂直に配向される。具体的には、スプライスは、端部４６ａ，４６ｂが、衝撃の向きの方向Ｄに対して実質的に垂直になるように配向される。端部４６ａ，４６ｂが中心線から等距離にあるため、スプライスの配向も又、端部又は中心線が伝播方向Ｐに対して実質的に平行なものであるものとして説明することもできる。スプライスの配向により、衝撃の向きの方向Ｄに対して垂直な方向における（即ち、衝撃伝播方向Ｐに対して平行な方向における）音響インピーダンスにおける不整合性が低減される。
【００１４】
図３は、その全長にわたって、衝撃の向きの方向Ｄに対して垂直に配向されたスプライスを示している。しかしながら、衝撃３４は、ブレードの前方において短距離で消失するため、領域Ｆにおけるスプライスの部分のみ、即ち、説明したように、衝撃のフットプリントに、軸方向において一致する部分のみを配向させる必要がある。衝撃のフットプリントとは、音響ライナー上に突出する部分（あるいは、少なくとも、ダクト外に騒音が伝播する原因となる衝撃の部分）である。衝撃のフットプリントと軸方向において一致しないスプライスは、異なったやり方で配向してよい。
【００１５】
図４は図３と同様の図であるが、超音速条件で動作しているブレードを示している。超音速条件では、流体ストリームＳのマッハ数は、ブレードの前方と各ブレードの負圧面に沿った部分の両方において超音速である。空力衝撃３４は、各ブレードの負圧面から衝撃の向きの方向Ｄにおいて延びている。ブレード前方における超音速条件のため、図２や図３の衝撃３４とは異なり、図４の衝撃３４は、局部的に限られたものではない。その代わり、図４に示す衝撃は、衝撃伝播方向Ｐにおいて、ダクト外前方の相当な距離伝播する。図４の衝撃が局部的に限られたものではないため、衝撃全体にわたって、衝撃の向きの方向Ｄにおける相当量の変化が観察される場合がある。向きの方向Ｄに対して部分的に垂直な衝撃伝播方向Ｐは、衝撃全体にわたって同様に変化する。これらの効果は、図４と図４Ｂそれぞれの拡大された図から明白である。従って、図３の線形スプライスは、衝撃に付随する騒音を低減するのに使用できるが、そのようなスプライスは、妥協した、即ち、十分ではない配向で配向する必要があるため、音響的には最適以下のものとなる。
【００１６】
図４のスプライスは、図３のものと同様、その長さＬの少なくともある程度にわたって、衝撃の向きの方向Ｄに対して実質的に垂直な方向で配向されている。しかしながら、衝撃の向きの方向Ｄが衝撃全体にわたって変化するため、スプライスの局部的配向も同様なものとなる。例えば、音響ライナーの後方端付近においては、衝撃は、周方向に延びる参照線５０に対して局限的に角度Ａを作る。しかしながら、それよりもさらに前方位置においては、衝撃はもっと急な角度Ｂを作る。その結果、スプライス端部４６ａ，４６ｂは、角度Ｂの付近において、角度Ａの付近におけるよりもより軸方向に配向されている。図４にみられるように、限定的な範囲においては、スプライスはその端部４６ａ，４６ｂが、スプライスの長さに沿った局限的な衝撃配向に対して、局部的かつ実質的に垂直であるような曲線を描くよう湾曲している。中心線４４も同様に湾曲している。図は、スプライスを、その端部が中心線からほぼ等距離にあるように示しているが、等距離でない様々な幅を有するスプライスもまた使用可能である。中心線は、端部が等距離にない場合でも湾曲したものとなる。
【００１７】
図５に見られるように、上述の湾曲したスプライスは、区分線形スプライスによって近似なものとすることができる。上記で説明した変形形態のように、端部４６ａ，４６ｂは、局部的な衝撃の向きの方向に対して、局限的にほぼ垂直である。
【００１８】
原理的には、図４と図５のスプライスは、図３のスプライスと同様、上述したように、衝撃のフットプリントに一致する部分のみを配向させる必要がある。しかしながら、図４と図５の衝撃が、局限的に消失するのではなく、伝播する衝撃であるため、そのフットプリントは、ライナー全体にわたって軸方向において延在すると予測される。
【００１９】
図６を参照すると、図３〜図５の形態のためのスプライス端部の配向を、最大騒音に相当する運転条件における衝撃の構成から決定することができる。この条件は、常に、エンジンの空力学的設計点とは異なる場合が多く、音響設計条件と呼ぶことができる。音響設計条件は、通常、衝撃がブレード前縁の前方に存在し、ほぼ法線、即ち、ブレードの翼弦線５１に対して垂直であるような約１．２である相対マッハ数において生じる。ここで、ブレードの翼弦線は前縁から後縁まで延在する線である。従って、概要としては、配向角αは、最大衝撃強さに相当する翼幅（即ち、径方向）位置におけるブレードの食い違い角β±約５°に等しい。食い違い角βは、ブレードの翼弦線５１と周方向に延びる参照線５０の間の角度である。図１に見られるように、実質的に径方向に配向された前縁を有するブレードに関しては、最大衝撃強さの翼幅における位置は、通常、ブレードの先端又はその付近である。その翼幅の一部又は全部にわたって後傾又は前傾しているブレードに関しては、傾きの効果や前傾から後傾への移行作用によって、最大衝撃強さがブレード先端の径方向内側に生じる場合がある。
【００２０】
前述は、音響ライナーのスプライスを、音響エネルギーを悪影響を及ぼすように散乱させて、その有害な作用を、上記フィーチャを上述のように適切に配向することによって低減することができるフィーチャの一例として考察したものである。しかしながら、前述の配向角の決定を含む原理はその他のフィーチャにも同様に適用可能である。
【００２１】
図７と図７Ａを参照すると、第２の例は、ブレードの空力的安定性を強化する鋳物調整部（ｃａｓｔｉｎｇ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ）に関する。図７と図７Ａは、ブレード径方向外側でその軸方向に並んだケース中に存在する周方向に延在する溝５２を有する鋳物調整部３２を示している。溝は、軸方向において、溝間レール５４によって相互に分離されている。溝とレールは、軸方向に延在し、周方向に分配された例示的なパーティション５６などのパーティションの形態を有する遮断物で中断されている。パーティションの音響インピーダンスは、上述の音響スプライス同様、溝の音響インピーダンスとは異なるため、パーティションによって、衝撃付随の騒音が前方に向かってダクト外へ伝播される場合がある。
【００２２】
図８に見られるように、パーティションは線形であり、長さＬを有する。パーティションは、少なくともその長さの一部にわたって、衝撃の伝播方向Ｐに対して実質的に平行な衝撃の向きの方向Ｄに対し、実質的に垂直に配向されている。より具体的には、各パーティションは、その端部５６ａ，５６ｂが、衝撃向きの方向Ｄに対して実質的に垂直であるように配向される。端部５６，５６ｂがパーティションの中心線６０から等距離にあるため、パーティションの配向も又、端部又は中心線が、伝播方向Ｐに対して実質的に平行なものとして説明され得る。パーティションの配向により、衝撃向きの方向Ｄ（即ち、衝撃の伝播方向Ｐに対して平行な方向）に対して垂直な方向における音響インピーダンスの不整合性が低減される。図４と図５それぞれの湾曲又は区分的線形という構想は、衝撃長に沿ってその配向の方向Ｄが変化する衝撃に対して利用でき、かつ魅力的であり得る。
【００２３】
鋳物調整部が通常軸方向においてブレードと整列しているという事実により、普通ブレードの軸方向前方にある音響ライナーとは対照的にその他様々な変形が生じる。これは、衝撃のフットプリントが、伝播する衝撃である場合でさえ、鋳物調整部の前方部分にしか及ばないためである。従って、パーティション５６は、図９に見られるように区分的線形であってよい。パーティションの後方部分は、衝撃のフットプリントでカバーされないため、軸方向に配向される。パーティションの前方部分は、衝撃のフットプリントが及ぶため、パーティションの端部が衝撃向きの方向Ｄに対して垂直になるように配向される。ここで、衝撃向きの方向Ｄは、衝撃の伝播方向Ｐに対して平行である。
【００２４】
図１０は、図９の変形形態に類似の変形形態を示しており、ここではパーティション５６が区分的線形ではなく、湾曲している。図９の変形形態のように、パーティションの後方部分は衝撃のフットプリントが及ばないため、実質的に軸方向に配向されている。パーティションの前方部分は、衝撃のフットプリントが及ぶため、パーティションの端部が衝撃向きの方向Ｄに対して垂直になるように配向される。ここで、衝撃向きの方向Ｄは、衝撃の伝播方向Ｐに対して平行である。
【００２５】
図４と図１０は、いずれも湾曲したフィーチャ（音響スプライスと鋳物調整部のそれぞれ）を示しているが、曲率は種々異なる方向において変化する。図４において、スプライスは、衝撃そのものが変化する向きの方向Ｄを有することに適応させるため、ブレードからの距離が（前方方向において）増大するに伴って、より前方において累進的に向きが変わっている。対照的に、図１０のパーティションは、衝撃のフットプリントが鋳物調整部の前方部分上にしか及ばず、鋳物調整部の前方部分の配向方向に沿って、その配向方向においてほとんど、あるいは全く変化しないことに適応させるため、ブレードからの距離が増大するのに伴い、より周方向に向かって向きが変わっている。それにも関わらず、いずれの場合においても、スプライス又はパーティションを、衝撃向きの局部的方向に対して実質的に垂直になるように、局部的に配向することが目的である。図５と図９の区分的線形フィーチャに対しても同様のことが言える。
【００２６】
前述の例は、衝撃３４が、ブレード２０を通過する流体流に起因する場合におけるデバイスに関連するものである。しかしながら、上記のようなフィーチャの配向は、その他の作用力から生起する衝撃に対しても適用可能である。
【００２７】
本発明を、特定の実施態様を参照しながら図示して説明してきたが、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、形態並びに細部における様々な変更が可能であることは、当業者であれば理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】タービンエンジンの概略的な断面側面図。
【図２】図１の方向２−２から見た、軸方向に配向された従来のスプライスを有する音響ライナーを示す図。
【図３】衝撃の向きの方向に対して実質的に垂直に配向されたスプライスを有する音響ライナーを示す図２と同様の図。
【図４】非線形スプライスを有する音響ライナーを示す図３と同様の図。
【図４Ａ】図４の選択されたスプライスの一部を拡大して示す図。
【図４Ｂ】図４の選択されたスプライスの一部を拡大して示す図。
【図５】区分的線形スプライスを有する音響ライナーを示す図３と同様の図。
【図６】衝撃エネルギーを散乱させることが可能な、ブレードの食い違い角と、音響スプライス又はその他のフィーチャの基準配向との間の関係を示す図。
【図７】軸方向に配向された従来のパーティションを備える、安定性を強化する、周方向において溝を形成された鋳物調整部を示す図２と同様の図。
【図７Ａ】図７の７Ａ−７Ａにおける図。
【図８】衝撃向きの方向に大使邸実質的に垂直に配向された線形パーティションを備える、安定性を強化する、周方向において溝を形成された鋳物調整部を示す、図７と同様の図。
【図９】区分的線形パーティションを備える鋳物調整部を示す、図７と同様の図。
【図１０】非線形パーティションを備える鋳物調整部を示す、図７と同様の図。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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