JP2007309734A - 回流水槽の音響窓 - Google Patents

Abstract

【課題】回流水槽での音波測定において、精度よく音波を検知できるようにした音響窓を提供する。
【解決手段】補強層６を埋設したゴムシート２と、そのゴムシート２の周縁部を保持するフレーム３及びフレーム押さえ１１から音響窓１を構成し、フレーム３に設置した引張装置１０により補強層６を引っ張ってゴムシート２を緊張させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回流水槽の音響窓に関し、詳しくは回流水槽の計測胴内に配置された供試体から発生する音波を減衰することなく透過させ、音響計測装置が精度よく音波を検知できるようにした回流水槽の音響窓に関する。

スクリュープロペラ（以下、「プロペラ」という。）を使用する船舶においては、高速回転するプロペラにキャビテーションが発生することにより、船舶の推力低下やエロージョンによるプロペラの損傷などが起こることが知られている。

このようなキャビテーションの発生条件等を解明するために、回流水槽においてプロペラなどの供試体を試験することが行われている。

試験に用いられる回流水槽の一例を図５に示す。
この回流水槽２０は、いわゆる垂直型タイプと呼ばれ、上部に設置された計測胴２１、その両端に接続する流入管路２２及び排出管路２３、及び４つのコーナー部２４から構成された略環状の金属製の空胴内に水を充満させ、外部のモーター２５で回転駆動するインペラ２６で水を循環させることにより、計測胴２１内に水流２７を発生させるものである。

この水流２７により計測胴２１内に置かれたプロペラなどの供試体に発生するキャビテーションは、計測胴２１の周囲に設置された図示しない計測機器により計測される。

キャビテーションについての計測方法の１つに、供試体から発生する音波を音響計測装置により計測する方法がある。これは、キャビテーションにより発生した気泡が、プロペラ表面を浸食する際に発生する音波（キャビテーションノイズ）を、水中マイクロホン等により検出することによりキャビテーションの状態を解析するものである（例えば、特許文献１を参照。）。

この測定に用いる音響計測装置の一例を図６に示す。
音響計測装置は、例えば計測胴２１の上部の水を溜めた計測トラフ３０の内部に配置された水中マイクロホン３１と、計測トラフ３０外に設置された図示しない分析装置から構成される。計測トラフ３０と計測胴２１の間には音響窓３２が設置されており、この音響窓３２を通じてプロペラ３３から発生する音波が水中マイクロホン３１に伝達されるようになっている。水中マイクロホン３１の上部には、背後（上方）からの音波を遮断する反射板３４が取り付けられている。なお、計測トラフ３０は計測胴２１の側部又は下部に設置される場合もある。

この音響窓３２の材料としては、計測胴２１の内部状況を観察できることからアクリル樹脂が好んで用いられるが、アクリル樹脂は音響インピーダンスが水とは大きく異なる材質であり、しかも計測胴２１と計測トラフ３０との間の差圧に耐える強度を確保するためにその肉厚を大きくすると、音波が音響窓３２を通過する際に屈折したり反射したりして減衰するため、音波を精度よく検知することが困難になるという問題があった。
特開平１１−１８３３１４号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、回流水槽での音波測定において、精度よく音波を検知できるようにした音響窓を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明は、回流水槽の計測胴の壁面に設置され、前記計測胴内に設置された供試体から発生する音波を透過させる回流水槽の音響窓であって、補強層を埋設したゴムシートと、前記ゴムシートを緊張させる緊張手段とを備えた回流水槽の音響窓である。

前記緊張手段は、前記ゴムシートの周縁部に突出した前記補強層の端部を挟持するフレーム及びフレーム押さえと、前記フレーム及びフレーム押さえのいずれか一方から他方へ向けて前進し、前進先のフレーム及びフレーム押さえのいずれかに形成された凹部に向けて挟持された補強層を押圧する押圧ネジとから構成することができる。

この押圧ネジは、前記フレームの平面方向中心に対して対象となる位置に複数組み込むことが望ましい。

また、前記押圧ネジの設置位置よりも前記補強層の端部の先端側に、前記端部を前記フレームに固定する固定手段を設けるのが良い。

なお、前記補強層は、金属コード又は繊維コードにより構成することができる。

本発明の回流水槽の音響窓は、補強層を埋設したゴムシートとそのゴムシートを緊張させる緊張手段から構成したので、水に近い音響インピーダンスを有するゴムの特性により、ゴムシートを透過する音波の減衰を低減させることができるため、精度よく音波を検知することができる。また、ゴムシートであっても、埋設した補強層を緊張させることにより、水圧に耐える十分な強度を確保することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明に係る音響窓を図１に示す。

音響窓１は、略矩形の加硫ゴムからなるゴムシート２と、そのゴムシート２の周縁部に取り付けられる金属製のフレーム３及び図示しないフレーム押さえから主に構成される。

ゴムシート２の大きさは、例えば一辺が３０〜２００ ｃｍ程度であり、厚さは１０〜５０ ｃｍ程度であるが、この寸法の範囲に限定されるものではなく、また矩形以外の形状でもよい。

ゴムシート２には強度を向上させるために、図２の断面図に示すように、複数の補強コード５により構成される補強層６が埋設されている。補強層６は、補強コード５が図１に示すＸ方向に延設する層６ａ、６ｃと、Ｙ方向に延設する層６ｂ、６ｄとを交互に積層した４層構造となっているが、補強コードの延設方向及び積層数はこれに限定されるものではない。

なお、ゴムシート２は、この補強層６を境として、上側の表面層２ａと下側の裏面層２ｂに分けられる。また、補強層６は、その端部がゴムシート２の周縁部から突出するように埋設されている。

補強コード５には、例えば金属コード又は繊維コードを用いることができ、金属コードとしてはスチールコードを、繊維コードとしてはナイロン繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維などの有機繊維コードやガラス繊維などの無機繊維コードなどを例示することができる。

フレーム３は分割可能な直線部分とコーナー部分とからなり、当該フレーム３に対置するフレーム押さえ（図１においては図示せず。）とによりゴムシート２の周縁部を挟み込む構成となっている。

なお、フレーム３の直線部分に設けられている取付ピン４は、音響窓１を回流水槽の計測胴の壁面に取り付けるためのものである。

フレーム３には、ゴムシート２を緊張させる緊張手段である補強層６の引張装置１０が複数設置されている。

補強層の引張装置の構造を図３に示す。
この補強層６の引張装置１０は、補強コード５の端部を固定する固定部と、その固定部に固定された補強層６を引っ張る引張部から構成されている。

固定部は、フレーム押さえ１１に設置された固定用ダイス１２と固定用ボルト１３、及びその固定用ダイス１２に対向するフレーム３の内側面を鋸状に表面加工した固定面１４を備えている。

固定用ダイス１２は、一方の端面が固定面１４と同様に鋸状に表面加工された略円筒形の形状を有し、フレーム押さえ１１の内部に軸方向に移動可能に保持されている。また、固定用ボルト１３は、前記の固定用ダイス１２とほぼ同軸になるように、フレーム押さえ１１の反対側から螺合して挿入されており、その先端部は固定用ダイス１２の他方の端面に当接している。

引張部は、フレーム３に取り付けられた押圧ネジ１５と、その押圧ネジ１５に対向する位置のフレーム押さえ１１の表面に形成された凹部１６から構成される。

押圧ネジ１５は、先端部が拡径された略半球状に形成されており、フレーム３を貫通するネジ穴１７に螺合している。また、フレーム押さえ１１の凹部１６は、押圧ネジ１５の先端部を収納可能な大きさを有している。

この引張装置１０によるゴムシート２の緊張方法を、図４を基に以下に説明する。
図４（ａ）に示すように、ゴムシート２外に出ている補強層６の端部を、フレーム３の固定面１４の上に位置するようにして、フレーム３とフレーム押さえ１１の間に挟み込む。

次に図４（ｂ）に示すように、フレーム押さえ１１を接続ボルト１８によりフレーム３に接続してから、固定用ボルト１３をねじ込んで固定用ダイス１２を補強層６に向けて押し出すことにより補強層６の端部を固定する。このとき、固定面１４と固定用ボルト１３先端の表面は鋸状に表面加工されているため、補強層６を滑ることなく確実に固定することができる。

なお、当該表面を鋸状に表面加工する代わりに接着剤を塗布してもよい。
そして、図４（ｃ）に示すように、フレーム３内へ押圧ネジ１５をねじ込み、その先端部で補強層６を凹部１６内へ湾曲させる。これにより、補強層６はフレーム３側へ引っ張られることになるため、補強層６を介してゴムシートの表面層２ａと裏面層２ｂがともに緊張する。

このような引張装置１０をフレーム３内に複数設置して、押圧ネジ１５を適切にねじ込むことにより、ゴムシート２を水平方向に均等に緊張させて強度を向上させることができる。

回流水槽での使用に際しては、この緊張した音響窓１を取付ピン４により計測胴の壁面に固定する。ゴムはアクリル樹脂に比べて音響インピーダンスが水に近いため、供試体から発生した音波を水中マイクロホンに伝達する際の減衰を抑えることができる。更に、ゴムシート２であっても埋設した補強層６を緊張させているので、回流水槽内と計測トラフ内の間の差圧に耐える強度を確保することができる。

なお、引張装置１０の設置位置と設置数は特に限定するものではないが、フレーム３の平面方向の中心について対称となる位置に複数設置することが望ましい。

音響窓の上面図である。 ゴムシートの断面図である。 図１におけるＡ−Ａ矢視の断面図であり、引張装置の構造を示す図である。 引張装置によるゴムシートの緊張手順を例示する断面図である。 回流水槽の構造を示す断面図である。 音響測定装置の構造を示し、（ａ）は側面からの断面図を、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視の断面図を、それぞれ示す。

符号の説明

１ 音響窓
２ ゴムシート
２ａ ゴムシートの表面層
２ｂ ゴムシートの裏面層
３ フレーム
４ 取付ピン
５ 補強コード
６ 補強層
１０ 引張装置
１１ フレーム押さえ
１２ 固定用ダイス
１３ 固定用ボルト
１４ 固定面
１５ 押圧ネジ
１６ 凹部
１７ ネジ穴
１８ 接続ボルト
２０ 回流水槽
２１ 計測胴
２２ 流入管路
２３ 排出管路
２４ コーナー部
２５ モーター
２６ インペラ
２７ 水流
３０ 計測トラフ
３１ 水中マイクロホン
３２ 従来の音響窓
３３ プロペラ（供試体）
３４ 反射板

Claims (5)

1. 回流水槽の計測胴の壁面に設置され、前記計測胴内に設置された供試体から発生する音波を透過させる回流水槽の音響窓であって、
   補強層を埋設したゴムシートと、
   前記ゴムシートを緊張させる緊張手段と、を備えた回流水槽の音響窓。
2. 前記緊張手段が、前記ゴムシートの周縁部に突出した前記補強層の端部を挟持するフレーム及びフレーム押さえと、
   前記フレーム及びフレーム押さえのいずれか一方から他方へ向けて前進し、前進先のフレーム及びフレーム押さえのいずれかに形成された凹部に向けて挟持された補強層を押圧する押圧ネジと、からなる請求項１に記載の回流水槽の音響窓。
3. 前記押圧ネジを、前記フレームの平面方向中心に対して対象となる位置に複数組み込んだ請求項２に記載の回流水槽の音響窓。
4. 前記押圧ネジの設置位置よりも前記補強層の端部の先端側に、前記端部を前記フレームに固定する固定手段を設けた請求項２又は３に記載の回流水槽の音響窓。
5. 前記補強層が、金属コード又は繊維コードにより構成された請求項１、２、３又は４に記載の回流水槽の音響窓。

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