JP5246425B2 - 航空機用ジェットエンジンの騒音低減装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、航空機用ジェットエンジンの騒音低減装置と方法に関する。

近年、航空機の環境適合性が強く求められるようになり、航空機用ジェットエンジンの騒音低減もその１つである。航空機用ジェットエンジンの騒音は、高空巡航時には大して問題とならず、離着陸時に最も問題となる。特に排気ジェットによる騒音は、離陸時に問題となるため、離陸時のみの騒音低減手段が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

特許文献１の「ＪＥＴ ＮＯＩＳＥ ＳＵＰＰＲＥＳＳＩＯＮ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」は、推進用エンジンの圧縮機部分より一部の流体を抽気して、それをノズルリップ付近に噴き出すことで高速ジェットと周囲大気との混合を促進させてジェット騒音を低減するものである。
特許文献２の「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＡＣＴＩＶＥ ＦＬＯＷ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ Ａ ＮＯＺＺＬＥ ＥＸＨＡＵＳＴ ＰＬＵＭＥ」は、上記の特許文献１と基本的には同じであるが、エンジンの作動流体を一部抜き出してそれをパルス状にノズルリップ付近に噴き出すことでジェット騒音を低減するものである。
特許文献３の「振動ジェットを使用してジェットエンジン排気騒音を低減するための装置」は、エンジン排気部に結合された振動ジェットを備え、振動ジェットから振動流を有する状態でガスを噴射し、エンジン排気部を流れる排気ガスと混合して騒音を低減するものである。
なお、ここでいう振動流とは、所定の周波数／繰り返しを持って流体を噴出させた流れのことであり、例えば流体をパルス状に噴出させる流れのことを指す。

米国特許第６５７１５４９号明細書、「ＪＥＴ ＮＯＩＳＥ ＳＵＰＰＲＥＳＳＩＯＮ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」 米国特許第６３０８８９８号明細書、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＡＣＴＩＶＥ ＦＬＯＷ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ Ａ ＮＯＺＺＬＥ ＥＸＨＡＵＳＴ ＰＬＵＭＥ」 特開２００５−１９５０１９号公報、「振動ジェットを使用してジェットエンジン排気騒音を低減するための装置」

上述した従来の騒音低減手段において、特許文献１、２、３とも、エンジンの作動流体の一部を抽気してジェット騒音低減のために用いるため、作動流体量減少による推力損失が発生してしまう。

また、特許文献２、３では、従来の航空機用ジェットエンジンをそのまま使用し、パルス発生器によりマイクロジェットをパルス状にする、もしくはエンジン排気部に振動ジェットを結合し、圧縮機から抽気した空気を振動ジェットに供給するというもので、特許文献１と異なりマイクロジェットを定常流ではなく振動流とすることでジェット騒音低減効果を上げて、より少ない抽気量でジェット騒音低減効果を得ようというものであるが、そのようにしても、作動流体減少による推力損失は避けられない。
以下、特許文献１、２、３の、定常流もしくは振動流の状態を有するマイクロジェットによる騒音低減手段を「マイクロジェットによる低騒音化手段」と呼ぶ。

図１は、従来のマイクロジェットによる低騒音化手段を示す模式図である。この図において、１は航空機用ジェットエンジンであり、コンプレッサＣ、燃焼器Ｂ、及びタービンＴからなる。タービンＴを出た排気ガスは排気ノズルＮから排気ジェットとしてエンジン後方に噴射し、その際に、ジェット騒音を発生する。

図１において、低騒音化手段として、排気ノズルＮのリップ周辺に設けられたマイクロジェットノズル２と、コンプレッサＣと燃焼器Ｂの間から圧縮空気を抽気するマイクロジェット用配管３とを備え、微量の流体（マイクロジェット）をマイクロジェットノズル２からノズルリップ付近に噴射することで、ジェット騒音を低減するようになっている。
しかし、上述したマイクロジェットによる低騒音化手段は、ジェットエンジンの作動流体の一部（圧縮空気）を排気ノズルＮのリップ周辺から噴射するものであり、エンジン作動流体量の減少による推力損失が伴うことになる。
そのため、特に離陸時の推力低下は、エンジンサイズの増大や機体サイズの増大を引き起こすことになる問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、航空機用ジェットエンジンの改造箇所が少なく、かつ離陸時のエンジン推力損失なしにジェット騒音を低減することができる航空機用ジェットエンジンの騒音低減装置と方法を提供することにある。

本発明によれば、航空機用ジェットエンジンのエンジン排気ノズルに取付けられ該エンジン排気ノズルを流れる排気ガスに圧縮空気を噴射する圧縮空気噴射管と、
前記圧縮空気を発生する補助エンジンと、
該補助エンジンから圧縮空気噴射管に圧縮空気を抽気して供給する圧縮空気抽気管と、
該圧縮空気抽気管の途中に設けられ前記圧縮空気を圧縮空気噴射管とキャビンに排他的に切替可能な圧縮空気切替弁と、を備え、
離陸時に、前記圧縮空気切替弁を圧縮空気噴射管側に切替えて、圧縮空気噴射管から圧縮空気を噴射して騒音を低減し、
離陸時以外に、前記圧縮空気切替弁をキャビン側に切替えて、キャビン内に圧縮空気を供給する、ことを特徴とする航空機用ジェットエンジンの騒音低減装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記圧縮空気噴射管は、圧縮空気を定常流、または振動流を有する状態で噴射する。

また本発明によれば、航空機用ジェットエンジンのエンジン排気ノズルに取付けられ該エンジン排気ノズルを流れる排気ガスに圧縮空気を噴射する圧縮空気噴射管と、
前記圧縮空気を発生する補助エンジンと、
該補助エンジンから圧縮空気噴射管に圧縮空気を抽気して供給する圧縮空気抽気管と、
該圧縮空気抽気管の途中に設けられ前記圧縮空気を圧縮空気噴射管とキャビンに排他的に切替可能な圧縮空気切替弁と、を備え、
離陸時に、前記圧縮空気切替弁を圧縮空気噴射管側に切替えて、圧縮空気噴射管から圧縮空気を噴射して騒音を低減し、
離陸時以外に、前記圧縮空気切替弁をキャビン側に切替えて、キャビン内に圧縮空気を供給する、ことを特徴とする航空機用ジェットエンジンの騒音低減方法が提供される。

上記本発明の装置及び方法によれば、航空機用ジェットエンジンの改造箇所は、そのエンジン排気ノズルに圧縮空気噴射管を取付けるだけであるため、改造箇所が少ない。
また、航空機用ジェットエンジンとは別個に、補助エンジン及び圧縮空気抽気管を設けるので、離陸時のエンジン推力損失なしにジェット騒音を低減することができる。
さらに、圧縮空気切替弁を備え、離陸時に圧縮空気噴射管側に切替えて騒音を低減し、離陸時以外にキャビン側に切替えて、キャビン内に圧縮空気を供給できるので、離陸時の数分間以外は、補助動力源（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｔ：ＡＰＵ）として用いることができる。この場合、従来の機体において機体最後部に積んでいたＡＰＵが必要なくなるという利点があるので、マイクロジェット用圧縮装置による重量増加を避ける事ができる。

従来のマイクロジェットによる低騒音化手段を示す模式図である。 本発明による騒音低減装置を備えた航空機の模式図である。 本発明による騒音低減装置と航空機の推進用エンジンの全体構成図である。 本発明の騒音低減装置の実際の作動時の説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図２は、本発明による騒音低減装置を備えた航空機の模式図である。この図において、１は航空機用ジェットエンジンであり、航空機４のメインエンジンとして搭載されている。
この図において、航空機用ジェットエンジン１は主翼の下に取付けられているが、本発明はこれに限定されず、その他の位置に取付けてもよい。

本発明の騒音低減装置１０は、航空機用ジェットエンジン１の近傍に設置される。騒音低減装置１０と航空機用ジェットエンジン１との間隔は、その間に設けられる空気配管（後述する）の重量と圧損が、エンジン性能に影響しないように、十分近く（例えば、主翼の内部）に設置されている。ただし、それらの影響が機体システム全体に大きな影響を及ぼさないと判断される場合には、従来のＡＰＵの搭載位置である機体最後部など、他の位置でも運用可能である。

図３は、本発明による騒音低減装置と航空機の推進用エンジンの全体構成図である。この図において、本発明の騒音低減装置１０は、圧縮空気噴射管１２、補助エンジン１４、圧縮空気抽気管１６、及び圧縮空気切替弁１８を備える。

航空機用ジェットエンジン１は、航空機４の推進用ジェットエンジンとして搭載され、コンプレッサＣ、燃焼器Ｂ及びタービンＴからなる。タービンＴを出た排気ガスは排気ノズルＮから排気ジェットとしてエンジン後方に噴射し、その際に、ジェット騒音を発生する。

圧縮空気噴射管１２は、例えば排気ノズルリップであり、航空機用ジェットエンジン１のエンジン排気ノズルＮに取付けられ、エンジン排気ノズルＮを流れる排気ガスに圧縮空気を噴射する。この圧縮空気噴射管１２は、圧縮空気を定常流もしくは振動流を有する状態で噴射し、排気ガスに圧縮空気を混入してジェット騒音を低減するようになっている。
なお、本出願において、圧縮空気噴射管１２は、この構成に限定されず、圧縮空気によりジェット騒音を低減できる限りで、特許文献３におけるマイクロジェットによる低騒音化手段と同一でも、その他の構成であってもよい。

補助エンジン１４は、この例において、コンプレッサＣ、燃焼器Ｂ及びタービンＴからなり、コンプレッサＣで圧縮した圧縮空気を外部に取出す抽気点１４ａを有する。また、この補助エンジン１４は、タービンＴの出力で、油圧ポンプＬを駆動し、航空機４の補助動力として用いるようになっている。
なお、補助エンジン１４は、ガスタービンエンジン方式に限らず、補助動力源として用いることができ、かつ圧縮空気を発生させることができる限りで、レシプロエンジン、燃料電池とモーターの組み合わせなどでもよい。

圧縮空気抽気管１６は、補助エンジン１４の抽気点１４ａと圧縮空気噴射管１２の入口を結ぶ配管であり、補助エンジン１４から圧縮空気噴射管１２に圧縮空気を抽気して供給する。

圧縮空気切替弁１８は、遠隔操作可能な３方弁であり、圧縮空気抽気管１６の途中に設けられ、抽気点１４ａから抽気された圧縮空気を圧縮空気噴射管１２とキャビン（図示せず）に排他的に切替可能になっている。
キャビン側に切替えた場合、抽気された圧縮空気を機内の空気調整に用いることができる。

図４は、本発明の騒音低減装置の実際の作動時の説明図である。この図において、（Ａ）は離陸時、（Ｂ）は離陸時以外を示している。離陸時以外とは、上昇時、巡航時、下降時などである。また、圧縮空気切替弁１８における白色は開状態（ｏｐｅｎ）、黒色は閉状態（ｃｌｏｓｅ）を示す。

この図に示すように、本発明の騒音低減方法では、航空機４の離陸時（Ａ）に、圧縮空気切替弁１８を圧縮空気噴射管１２側に切替えて、圧縮空気噴射管１２から圧縮空気を噴射して騒音を低減する。すなわち、離陸時（Ａ）に、補助エンジン１４を作動させ、圧縮空気切替弁１８を圧縮空気噴射管１２側を開、キャビン側を閉とし、圧縮空気抽気管１６を通して圧縮空気噴射管１２（排気ノズルリップ）に圧縮空気（マイクロジェット）を噴射する。

また、航空機４の離陸時以外（Ｂ）に、圧縮空気切替弁１８をキャビン側に切替えて、キャビンに圧縮空気を供給する。すなわち、離陸時以外（Ｂ）に、補助エンジン１４を作動させ、圧縮空気切替弁１８を圧縮空気噴射管１２側を閉、キャビン側を開とし、圧縮空気抽気管１６を通してキャビンに圧縮空気を供給する。

上述した本発明の装置及び方法によれば、航空機用ジェットエンジン１の改造箇所は、そのエンジン排気ノズルＮに圧縮空気噴射管１２を取付けるだけであるため、改造箇所が少ない。
また、航空機用ジェットエンジン１とは別個に、補助エンジン１４及び圧縮空気抽気管１６を設けるので、離陸時のエンジン推力損失なしにジェット騒音を低減することができる。
さらに、圧縮空気切替弁１８を備え、離陸時に圧縮空気噴射管１２側に切替えて騒音を低減し、離陸時以外にキャビン側に切替えて、キャビン内に圧縮空気を供給できるので、離陸時の数分間以外は、補助動力源（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｔ）として用いることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 航空機用ジェットエンジン、
２ マイクロジェットノズル、
３ マイクロジェット用配管、４ 航空機、
１０ 騒音低減装置、１２ 圧縮空気噴射管、
１４ 補助エンジン、１４ａ 抽気点、
１６ 圧縮空気抽気管、１８ 圧縮空気切替弁

Claims (3)

1. 航空機用ジェットエンジンのエンジン排気ノズルに取付けられ該エンジン排気ノズルを流れる排気ガスに圧縮空気を噴射する圧縮空気噴射管と、
   前記圧縮空気を発生する補助エンジンと、
   該補助エンジンから圧縮空気噴射管に圧縮空気を抽気して供給する圧縮空気抽気管と、
   該圧縮空気抽気管の途中に設けられ前記圧縮空気を圧縮空気噴射管とキャビンに排他的に切替可能な圧縮空気切替弁と、を備え、
   離陸時に、前記圧縮空気切替弁を圧縮空気噴射管側に切替えて、圧縮空気噴射管から圧縮空気を噴射して騒音を低減し、
   離陸時以外に、前記圧縮空気切替弁をキャビン側に切替えて、キャビン内に圧縮空気を供給する、ことを特徴とする航空機用ジェットエンジンの騒音低減装置。
2. 前記圧縮空気噴射管は、圧縮空気を定常流、または振動流を有する状態で噴射する、ことを特徴とする請求項１に記載の騒音低減装置。
3. 航空機用ジェットエンジンのエンジン排気ノズルに取付けられ該エンジン排気ノズルを流れる排気ガスに圧縮空気を噴射する圧縮空気噴射管と、
   前記圧縮空気を発生する補助エンジンと、
   該補助エンジンから圧縮空気噴射管に圧縮空気を抽気して供給する圧縮空気抽気管と、
   該圧縮空気抽気管の途中に設けられ前記圧縮空気を圧縮空気噴射管とキャビンに排他的に切替可能な圧縮空気切替弁と、を備え、
   離陸時に、前記圧縮空気切替弁を圧縮空気噴射管側に切替えて、圧縮空気噴射管から圧縮空気を噴射して騒音を低減し、
   離陸時以外に、前記圧縮空気切替弁をキャビン側に切替えて、キャビン内に圧縮空気を供給する、ことを特徴とする航空機用ジェットエンジンの騒音低減方法。

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