(57)【要約】【課題】ノイズ減衰特性を損なうことなくバイパス冷却システムによりライナの耐久性を改善し、単純で、費用対効果が大きいライナを提供する。【解決手段】音響ライナ２０は、外側パネル２６と、外側パネルから横断方向に空間を隔てて存在し、穿孔のある内側パネルと、パネル間の空間を横切って延在する１つ以上の隔壁３２とを備える。少なくとも１つのバッフル４４は、隔壁と協働して共鳴器チャンバ３４ｂおよび関連する首管５６を形成する。首管は、共鳴器チャンバと内側パネルを通過した流体流Ｇとの間を連通させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に長手方向に流れる流体流のノイズを減衰する音響ライナであって、
外側パネルと、
この外側パネルから横断方向に離れて位置する穿孔のある内側パネルと、
パネル同士の間の空間を横切り延在し、かつ、少なくとも１つのパネル間コンパートメントを形成するようにパネルと協働する一または複数の隔壁と、
隔壁と協働して、少なくとも１つの共鳴器チャンバを形成し、かつ、このチャンバと流体流との間を連通する関連する首管を形成する少なくとも１つのバッフルと、
を備えることを特徴とするノイズ減衰音響ライナ。
【請求項２】
外側パネルが相対的に低温側のパネルであり、内側パネルが相対的に高温側のパネルであることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項３】
ライナが軸の周りを囲み、長手方向が軸方向であり、横断方向が半径方向であり、長手方向と横断方向に互いに垂直である側面方向が周方向であることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項４】
首管が長手方向および側面方向の寸法を有し、側面方向寸法が長手方向寸法より大きいことを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項５】
複数の共鳴器チャンバの全てが同一周波数に同調することを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項６】
穿孔が共鳴器チャンバと位置を合わせて内側パネルを貫通しており、かつ前記ライナが、バイパス冷媒を共鳴器チャンバに通さないでバイパス冷媒を前記穿孔に供給するバイパス冷却システムを備えることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項７】
バッフルが、内側パネルから横断方向に窪んだ位置にベースを備えることで冷媒プレナムを形成しており、かつ、通路壁および協働する隔壁により、バイパス冷媒通路が少なくとも部分的に形成されることを特徴とする請求項６に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項８】
前記バイパス冷媒通路が、外側パネルに開口部を有する冷媒入口を備え、かつ、冷媒プレナムに冷媒を放出する冷媒出口を備えることを特徴とする請求項７に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項９】
折り重なった首管を形成するスカートを備えることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項１０】
前記スカートが、外側パネルから延びていることを特徴とする請求項９に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項１１】
共鳴器チャンバが、低周波数の共鳴器チャンバであり、ライナが少なくとも１つの高周波数の共鳴器チャンバをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項１２】
内側パネルが、低周波数のチャンバに位置を合わせた孔隙率の高い領域と、高周波数のチャンバに位置を合わせた孔隙率の低い領域と、を備え、ライナが、バイパス冷媒を共鳴器チャンバに通さないでバイパス冷媒を孔隙率の高い領域に運ぶバイパス冷却システムをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項１３】
複数の低周波数共鳴器チャンバの全てが、共通の低周波数に同調され、かつ、複数の高周波数共鳴器チャンバの全てが共通の高周波数に同調されることを特徴とする請求項１１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項１４】
前記外側パネルが、冷媒を高周波数の共鳴器チャンバに入れる冷媒入口を備えることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項１５】
前記外側パネルが、補助的な冷媒を共鳴器チャンバに入れる補助的な冷媒入口を備えることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項１６】
前記首管が側面方向に連続していることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項１７】
前記首管が独立していることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項１８】
前記首管が円筒状であることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項１９】
高周波数領域に応答する共鳴器バンドおよび低周波数領域に応答する共鳴器バンドを備え、互いに軸方向にオフセットしていることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項２０】
長手方向前方の共鳴器チャンババンドおよび長手方向後方の共鳴器チャンババンドを備え、各バンドが、側面方向に分配配置した少なくとも２つのクラスの共鳴器チャンバを備えることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項２１】
前方のバンドの所定のクラスの共鳴器チャンバが、後方のバンド内の同一クラスの共鳴器チャンバと側面方向に整列するように各チャンバが側面方向に分配配置されていることを特徴とする請求項２０に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項２２】
前方のバンドの所定のクラスの共鳴器チャンバが、後方のバンド内の同一のクラスの共鳴器チャンバと側面方向に非整列となるように各チャンバが側面方向に分配配置されていることを特徴とする請求項２０に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【請求項２３】
前方のバンドの所定のクラスの共鳴器チャンバが、後方のバンド内の同一のクラスの共鳴器チャンバに対し側面方向にオフセットするように各チャンバが側面方向に分配配置されていることを特徴とする請求項１に記載のノイズ減衰音響ライナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズを減衰させる音響ライナに関する。特に、低周波数のノイズを減衰させること、および／または、冷媒がライナの音響共鳴器チャンバを回避して通過することでノイズ減衰特性を損なうことなくライナの耐久性を改善し、単純で、費用対効果が大きい特徴を有するライナに関する。なお、本出願は、米国政府契約Ｆ３３６５７‐９９‐Ｄ‐２０５１の下でなされ、米国政府は本発明の所定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
音響ライナは、流体を扱うダクトで用いられて、ダクトを通過する流体流に関連する好ましくないノイズを減衰させる。このようなダクトの例では、航空機のガスタービンエンジンの入口システムダクトおよび出口システムダクトを含む。通常の音響ライナは、後面シートと、シート間コンパートメントを形成するように後面シートから空間を隔てた表面シートとを含む。このライナは、表面シートがダクトを流れる流体の方向とほぼ平行に延びるようにダクト壁に沿って配置される。シート間コンパートメントは、ノイズを減衰させる共鳴器チャンバとして機能する。シート同士の間に延在してコンパートメントをより小さい複数の共鳴器チャンバにさらに分割する壁が設けられる場合もある。一組の孔つまり首管が、表面シートに穿孔され、チャンバ（または複数のチャンバ）と流体流との間を連通する。共鳴器により減衰するノイズ周波数を示す公知の関係式の一つは、
ｆ＝（ｃ／２ｐ）［ＡN／（ＶCＬN）］0.5 
である。ここで、ｃは、局所的な音速、ＡNは、チャンバに通じている首管の断面積（またはチャンバに通じている複数の首管の総面積）、ＶCは、チャンバの容積、ＬNは、首管の長さを示す。通常のタービンエンジンの音響ライナにおいて、表面シートは、シート状のものからなる。従って、ＬNは、シートの厚さである。
【０００３】
音響ライナが、高温環境、例えばアフターバーナーダクトに沿って使用される場合には、ライナの寿命を延ばすためにライナを冷却することが求められる。冷却は、冷媒、一般的には比較的低温の空気を共鳴器チャンバに供給し、冷媒をチャンバに通して流し、共鳴器の首管を通して放出することによってなされる。しかしながら、十分な冷却を必要とする通常の流量では、チャンバの首管を通過して放出される冷媒が、ライナの音響アドミタンスを損なう。音響アドミタンスは、音響的な乱れを共鳴器チャンバの中に通す能力を表す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷却を必要としない場合でさえ、低周波数ノイズを減衰するように共鳴器チャンバを同調する必要がある。この共鳴器は、ＶCまたはＬNの増大、またはＡNの減少により低周波数に同調する。航空機のエンジンに応用する場合は、Ｖｃを増大させることは、空間的な制約によりできない。またＡNを減少させることもできない。つまり、その理由の一部としては、ＡNを減少させると、ライナの全体の孔隙率が減り、直接音響アドミタンスが減少することになる。さらに、ライナが冷却される場合、共鳴器の首管が、表面シートを冷却する冷媒の通路として機能する。共鳴器の首管つまり冷媒通路の寸法や容量を減縮することは、ライナの耐久性を損なうことになる。従って、ＬNを増大させることが、共鳴器チャンバを同調して低周波数ノイズを減衰させる最も実行可能な選択肢である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書の音響ライナの実施例は、外側パネルと、外側パネルから横断方向に空間を隔てて存在する内側パネルと、パネル間にある共鳴器チャンバと、を備える。穿孔が、共鳴器チャンバと位置を合わせて内側パネルを貫通する。内側パネルから窪んだ位置にある入口を有する首管は、チャンバと内側パネルを通過した流体流との間を連通する。冷媒のバイパス通路は、共鳴器チャンバや首管を通過しないで、冷媒を穿孔に導く。
【０００６】
音響ライナの他の実施例は、外側パネルと、外側パネルから横断方向に空間を隔てて存在し、穿孔のある内側パネルと、パネル間の空間を横切る一または複数の隔壁と、を含む。少なくとも１つのバッフルが、隔壁と協働して共鳴器チャンバおよびこれに関連する首管を形成する。首管は、共鳴器チャンバと内側パネルを通過する流体流との間を連通する。
【０００７】
音響ライナの様々な実施例の上述した特長およびその他の特徴は、以下の詳細な説明および添付の図面からより明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、航空機のタービンエンジンのアフターバーナーダクトに使用される従来の騒音低減ライナ２０を示す。このライナは、スクリーチライナとしても公知である。また図１は、軸方向、半径方向および周（図面に垂直な）方向の構成要素を備える座標系も示す。タービンエンジンを説明する際にはこのような座標系が一般的に選択される。しかしながら、ダクトを含まないような他の出願においては、長手（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）方向、横断（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）方向、側面（ｌａｔｅｒａｌ）方向の構成要素を用いる一般的な座標系の方がふさわしい場合もある。この図面に示すように、長手方向は軸方向に、横断方向は半径方向に、側面方向は円周方向に対応する。
【０００９】
音響ライナ２０は、ダクトの中心線２４の周りを囲む内側パネル２２と、この内側パネルから半径方向に空間を隔ており、かつ、パネル間環状部を形成するように中心線の周りを囲む外側パネル２６とを含む。また、この内側パネルおよび外側パネルを、各々表面シートおよび後面シートともいう。端部壁２８が、軸方向の端部でパネル同士を結合する。周方向に３６０度に亘り延在しているスチフナ３２（ｓｔｉｆｆｅｎｅｒ）が、パネルに取付けられ、パネル間の空間を横切って半径方向に拡がる。このスチフナは、隔壁として機能し、パネルと協働してパネル間のコンパートメント３４を形成する。エンジンの作動時に、高温ガスＧは、ダクトを軸方向に流れる。内側パネルは、高温のガス流に近いので、比較的高温である。外側パネルは、高温のガス流から遠いので、比較的低温である。
【００１０】
図２および図３は、隔壁３２を半径方向に直線状に延びている構成要素として示すとともに、改良したライナをより詳細に示す概略図である。内側パネル２２は、選択したコンパートメントと位置を合わせた穿孔３６を備え、チャンバ３４ａとして代表して示すような共鳴器チャンバを形成する。図３以降の展開図においては、内側パネル全体に穿孔されている穿孔３６が、一部分にのみ示されている点に留意されたい。穿孔３６は、チャンバ３４ａとガス状流体流Ｇとの間を連通させる首管として機能する。各首管の長さは、内側パネルの半径方向の厚さｔに等しい。内側パネルは、通常、相当に薄い金属薄板または他の薄板状のものなので、首管の長さは短い。結果として、各チャンバ３４ａは、比較的高周波数のノイズを減衰する点で効果的である。穿孔３６は、後述する穿孔の配列３８と比較して、比較的孔隙率が低い穿孔配列を形成する。冷媒をチャンバ３４ａに供給するために、冷媒入口４２が、外側パネルを貫通している。従って、穿孔３６は、冷媒の放出通路としても機能する。しかしながら上述したように、十分に冷却するために必要な冷媒の流量では、冷媒の流れが、音響アドミタンスを損なう。
【００１１】
コンパートメント３４ｂは、バッフル４４を含む。図２および図３のバッフルは、２つの対向する金属薄板ピース４６ｃ、４６ｄで形成される。各ピース４６ｃ、４６ｄは、３６０度に亘り延在しているか、または、３６０度に亘り延在するように固定されている個々のセグメントからなる。各ピース４６ｃ、４６ｄは、隔壁３２の１つと接触するように軸方向に延びている脚４８と半径方向に延びた脚５０とを有する。この軸方向に延びた脚が、バッフルベース５４を形成し、半径方向に延びた脚が、長さＬの共鳴器の首管５６を形成する。この首管は、入口５８と出口６０を有する。この入口は、内側パネルから半径方向の距離Ｒに位置するので、バッフルベース５４、内側パネル２２および軸方向に隣接する２つの隔壁３２が、冷媒プレナム６４を形成する。またこのバッフルは、隣接する隔壁３２と協働して共鳴器チャンバ３４ｂを形成する。バッフルが、３６０度に亘り延在しているので、首管５６は、周方向に連続するスロットである。首管は、入口５８の半径方向の位置において、周方向の寸法ａおよび軸方向の寸法ｂを有する。図２および図３のライナにおいて、周方向の寸法は、軸方向の寸法よりはるかに大きい。また内側パネル２２は、コンパートメント３４ｂと位置を合わせた穿孔３８を含む。穿孔３８は、孔隙率の十分に高い穿孔配列を形成しているので、穿孔３８ではなく首管５６の方が、チャンバが応答するノイズ周波数に影響を与える。首管５６の長さＬは、首管３６の長さｔよりはるかに長いので、チャンバ３４ｂは低周波数に応答し、チャンバ３４ａは高周波数に応答する。
【００１２】
共鳴器チャンバ３４ｂや首管５６を冷媒が最初に通過することを必要とせずに穿孔３８に冷媒を導くバイパス冷却システムが設けられている。バイパス冷却システムは、チャンバ３４ｂと冷媒プレナム６４に沿って半径方向に延びたバイパス冷却通路６６を備える。各々の通路６６は、隔壁３２と協働している通路壁６８により形成される。この通路は、図２および図３に示されるように周方向に連続しており、あるいは、周方向に複数の副通路にセグメント化してもよい。外側パネルにおける一または複数の開口部７０からなる冷媒入口が、冷媒を通路に入れる。冷却プレナムに隣接した冷媒出口７２が、冷媒をプレナムに放出する。この冷媒は、穿孔３８を通過し、内側パネルを冷却する。冷媒がチャンバ３４ｂと首管５６をバイパスし、かつ、高い孔隙率の穿孔配列３８が、チャンバ３４ｂの音響アドミタンスにほとんど、または、全く影響を与えないので、冷媒の流れは、チャンバ３４ｂのノイズ減衰特性に悪影響を与えない。必要であれば、任意の冷媒入口７６が外側パネルを貫通して設けられ、追加の冷媒をチャンバ３４ｂに供給する。共鳴器首管５６を通過する追加の冷媒の流れは音響アドミタンスを低下させるが、冷媒の全てがチャンバと首管を通過する場合よりも、その影響は小さい。
【００１３】
低周波数共鳴器チャンバ用の構造とともにバイパス冷却システムを説明してきたが、２つの概念を独立的に用いることができる。
【００１４】
図４〜８は、より詳細に描かれた共鳴器チャンバの様々な配置を示す。単純化のために、バイパス冷却システムのない共鳴器チャンバの図面を示すとともに説明する。しかしながら、下記に明らかになるように、バイパス冷却システムを用いても、または用いなくてもこれらのチャンバの分配配置を使用することができる。
【００１５】
図４と図５では、共鳴器チャンバ３４ａが、周方向に延びて、高い周波数に応答する共鳴器バンド７８を形成する。共鳴器チャンバ３４ｂは、周方向に延びて、低い周波数に応答する共鳴器バンド８０を形成する。低周波数共鳴器バンド８０は、高周波数バンド７８から軸方向にオフセットしている。高周波数バンドおよび低周波数バンドが存在することで、ライナがノイズ周波数のより広い範囲を減衰させる。
【００１６】
図６は、図５と同様であるが、隣接する隔壁３２の間に軸方向に延び、かつ内側パネル２２と外側パネル２６間に半径方向に延びる補助的な隔壁８２を備える音響ライナを示している。バッフルピース４６ｃ、４６ｄが、選択した隣接する一対の補助的な隔壁の間に周方向に延在している。このバッフルは、補助的な隔壁８２および主要な隔壁３２と協働して、低周波数の共鳴器チャンバ３４ｂおよびこれに関連する首管５６を形成する。首管は、周方向の寸法と同一の半径で測定して、周方向の寸法ａ、軸方向の寸法ｂを有する。周方向の寸法は、軸方向の寸法より大きい。図６では、軸方向前方および後方の共鳴器バンド８４の各々が、一部がバッフルにより形成されている周方向に分配された第一のクラスの共鳴器チャンバ３４ｂと、バッフルがなく、周方向に分配されている第二のクラスのチャンバ３４ａを備える。チャンバ３４ｂは、周方向にチャンバ３４ａ間に介在し、複数の周波数に応答する共鳴器バンドを形成する。バッフルのない共鳴器バンド７８は、軸方向にバンド８４間に介在する。隣接するマルチ周波数バンド８４において、各クラスのチャンバ３４ａ，３４ｂが、周方向に互いに整列している。
【００１７】
図７は、図６と類似したライナを示しているが、これは、隣接するマルチ周波数バンドのチャンバ３４ａ，３４ｂが周方向に互いに整列していない点が異なる。
【００１８】
図８は、図７のように完全には整列がずれていないが、チャンバ３４ａが、隣接しているマルチ周波数バンドのチャンバ３４ｂから周方向にオフセットしている図６と同様のライナを示す。
【００１９】
図９および図１０は、首管の周方向の寸法ａが、首管の軸方向の寸法ｂよりも小さくなるようにバッフルが構成されたライナを示す。
【００２０】
図１１と図１２は、図６と同様のライナを示しているが、ここでは、別々の首管５６が、補助的な隔壁８２または主要な隔壁３２から延在するのではなく、独立して設けられている。例示されている首管は円筒状だが、図１１の平面図においては、他の湾曲形状や切子面を有する形状であってもよい。
【００２１】
図２〜１１は、バッフルを伴う共鳴器バンドが、バッフルのない共鳴器バンドにより軸方向に隔離されているライナを示す。バイパス冷却システムと共に用いる場合に、このような配置は特に実用的である。しかしながら、原理的には、バッフルのないバンドは必要がない。つまり、ライナ全体を、例えば図４および図５に示されているバンド８０、または例えば図６〜８に示されているバンド８４などによって構成することができる。
【００２２】
図６〜１１は、選択した共鳴器バンド８４が、バッフルを伴うチャンバのクラスとバッフルを伴わないクラスとを含むことが示される。原理的には、バッフルのないチャンバは必要ない。
【００２３】
図１３は、延長された首管５６を有する共鳴器チャンバを示し、外側パネル２６から半径方向内側に延びているスカート８６により一部が形成されている折り重なった形の首管となっている。この折り重なっている首管の有効長は、個々の長さＬ1とＬ2の和である。通常、断面積Ａ１と環状の断面積Ａ２は等しい。折り重なっている構造は、周方向に連続する首管（図３）、局在化した首管（例えば図６と図９）や独立している首管（図１１）に適応できる。
【００２４】
バッフルを設けたチャンバとバイパス冷却システムは、独立して用いることができるが、１つのライナに両方の概念を用いることで明確な利点を得る。図２および図３に戻ると、チャンバ３４ａは、高周波数に同調され得る。必要であれば、この同調を、ライナ全体に亘り空間的に変化させることができる。同様に、チャンバ３４ｂは、より低い周波数に同調でき、必要があれば、これらのチャンバの同調は空間的に変化させることができる。しかしながら、チャンバ３４ｂは、首管５６を延ばすことで、特別により低い周波数に同調することができる。チャンバ３４ｂ近辺の表面シート領域は、チャンバ３４ｂの音響アドミタンスを損なうことなく、記載したバイパス冷却システムによって冷却することができる。この冷却は、孔隙率の低い穿孔３６の配列と比較して穿孔３８の配列の孔隙率が高いので、チャンバ３４ａ近辺の冷却よりも、効果が小さい。しかしながら、冷却効果が小さくても、音響アドミタンスの効果が大きくなる。さらに、穿孔３６を通して冷媒が放出されると、内側パネル表面８８に冷媒フィルムを形成する。このフィルムは、穿孔３８が貫通したパネル領域に亘って延び、この領域の減少した冷却効果を補う。このように、設計者は、冷却効果と音響性能との関係を調整することができる。これらを考慮することが、チャンバのパターンを決定するのに役立つ（例えば図６〜８に示されている異なるパターン）。
【００２５】
本発明を特定の実施例について示してきたが、添付のクレームにおいて記述した発明から外れることなく、形態や詳細の様々な変形が可能であることは当業者に理解されるべきである。例えば、ライナは、タービンエンジンのアフターバーナーダクトについて記載したが、ダクト壁以外にも、別のダクトや表面にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来のガスタービン用のアフターバーナスクリーチライナの断面図。
【図２】図１と同様な概略図であり、改良した共鳴器およびバイパス冷却システムを備えたライナを示す図３の２‐２線から切り取った図。
【図３】図２の３‐３線に沿った展開図。
【図４】図２と同様に、図５、６、７、８の４‐４線に沿った展開図。
【図５】軸方向に分かれるとともに、周方向に連続する共鳴器バンドを示す図４の５‐５線に沿った展開図。
【図６】いくつかの共鳴器バンドに２つのクラスの共鳴器チャンバを有し、隣接するマルチクラスバンドにおいて、同じクラスのチャンバが周方向に整列した図５と同様の図。
【図７】隣接するマルチクラスバンドにおいて、同じクラスのチャンバが周方向に整列していない図６と同様の図。
【図８】図６と同様であるが、隣接するマルチクラスバンドの同じクラスのチャンバが周方向にオフセットしている図。
【図９】図６と同様であり、共鳴器首管の代替例を示す図１０の９‐９線における展開図。
【図１０】図９の１０‐１０線の展開図。
【図１１】図６と同様であるが、独立している首管を示す図。
【図１２】図１１の共鳴器チャンバの斜視図。
【図１３】折り重なっている共鳴器の首管を示す図４と同様の図。
【符号の説明】
【００２７】
２０…音響ライナ
２２…内側パネル
２６…外側パネル
３２…隔壁
３６…穿孔
３８…穿孔
４８…軸方向に伸びている脚
５０…半径方向に延びている脚
５４…バッフルベース
５６…首管
６４…冷媒プレナム
６６…冷却通路
【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】
2007046596.tif 000009
【図８】
2007046596.tif 000010
【図９】
2007046596.tif 000011
【図１０】
2007046596.tif 000012
【図１１】
2007046596.tif 000013
【図１２】
2007046596.tif 000014
【図１３】
2007046596.tif 000015
【外国語明細書】
2007046596000001.pdf