JP2020530913A

JP2020530913A - シュラウド

Info

Publication number: JP2020530913A
Application number: JP2020502697A
Authority: JP
Inventors: シェイマスロー，サミュエル; ロー，マシュー; クラーク，エイダン
Original assignee: ドテレルテクノロジーズリミテッド
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-10-29
Also published as: US11097828B2; JP2023159382A; WO2019022618A1; US20200164962A1; CN110997486A; AU2018306554A1

Abstract

プロペラを含むノイズ源を少なくとも部分的に囲むように構成される航空機のためのシュラウド。シュラウドは、外層及びシュラウドの内部に位置する２つ以上の吸音材料を含む。外層は、ノイズ源からのノイズをシュラウドの内部に伝達するように構成される、及び／または、少なくとも１つのブレードの先端の少なくとも一部を部分的に囲むように位置しサイズ決定される凹所を含む。【選択図】図３ａ

Description

本発明はノイズ低減に関係する。排他的にではないが、より詳細には、本発明はノイズ低減シュラウドに関係する。

ＵＡＶ、ヘリコプター、垂直揚力システム、及び固定翼航空機などの多くの航空機は、不利なことには、それらのモーター及びプロペラからノイズを発生する。したがって、多くの航空機は、ノイズ汚染に加えて、周囲環境にとって厄介者である場合がある。

プロペラによって生成されるノイズは、フィルミングのためのビデオ及び音声取得のために使用されるＵＡＶについて特に問題である。フィルミングのための現在のＵＡＶ音声取得は、ＵＡＶによって生成されるノイズを除去するために費用がかかりかつ時間がかかる後処理を必要とする。

防衛、保護、及び住宅エリア内での使用などの、或る範囲の他の用途において、より静かなＵＡＶが同様に所望される。

改良型シュラウドを提供すること、または、大衆または産業に有用な選択を少なくとも提供することが本発明の目的である。

１つの例の実施形態によれば、プロペラを含むノイズ源を少なくとも部分的に囲むように構成される、航空機のためのシュラウドが提供され、シュラウドは、シュラウドの内部に位置する２つ以上の吸音材料を含む。

なおさらなる例の実施形態によれば、プロペラを含むノイズ源を少なくとも部分的に囲むように構成される航空機のためのシュラウドが提供され、シュラウドは、外層及びシュラウドの内部の少なくとも１つの吸音材料を含み、外層は、ノイズをノイズ源からシュラウドの内部内に伝達するように構成される。

なおさらなる例の実施形態によれば、プロペラを含むノイズ源を少なくとも部分的に囲むように構成される航空機のためのシュラウドが提供され、シュラウドは、シュラウドの内部に位置する吸音材料の層及び層の少なくとも２つの層の間の空気ギャップを含む。

なおさらなる例の実施形態によれば、プロペラを含む音源を少なくとも部分的に囲むように構成される航空機のためのシュラウドが提供され、シュラウドは、シュラウドの内部に位置する吸音材料の複数の層を含み、少なくとも１つの層は音減衰接着剤である。

なおさらなる例の実施形態によれば、少なくとも１つのブレードを有するプロペラを含む音源を少なくとも部分的に囲むように構成される、航空機のためのシュラウドが提供され、シュラウドは、凹所を有する外層を含み、凹所は、少なくとも１つのブレードの先端の少なくとも一部を部分的に囲むように位置しサイズ決定される。

なおさらなる例の実施形態によれば、少なくとも１つのプロペラ、及び、先行する段落の任意の段落によるシュラウドを備える航空機が提供される。

用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、及び「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、いろいろの法域の下で、排他的意味または包含的意味により得ることが認識される。本明細書において、また、別段に述べられない限り、これらの用語は、包含的意味を有することを意図される。すなわち、これらの用語は、使用が直接参照する先の列挙されるコンポーネントを包含すること、またおそらくは同様に、他の非指定のコンポーネントまたは要素を包含することを意味すると解釈される。

本明細書における任意の文書に対する参照は、それが、その文書が、他の文書と有効に結合可能な従来技術である、または、その文書が、共通の一般的な知識の一部を形成するという承認を構成しない。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示し、上記で与えられた本発明の一般的な説明及び以下で与えられる実施形態の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

１つの例の実施形態によるシュラウドの斜視図である。図１ａのシュラウドの断面図である。１つの例の実施形態によるシュラウドのプロファイル図である。シュラウドの一部の断面図である。図３ａのシュラウドの平面断面図である。２つの材料層を通る断面図である。シュラウドプロファイルの断面外形である。シュラウドプロファイルの断面外形である。１つの例の実施形態による内側に向く層の断面図である。種々のアパーチャ形状のうちの１つのアパーチャ形状の表現である。種々のアパーチャ形状のうちの１つのアパーチャ形状の表現である。種々のアパーチャ形状のうちの１つのアパーチャ形状の表現である。種々のアパーチャ形状のうちの１つのアパーチャ形状の表現である。種々のアパーチャ形状のうちの１つのアパーチャ形状の表現である。種々のアパーチャ形状のうちの１つのアパーチャ形状の表現である。異なるシュラウド形状のうちの１つのシュラウド形状を有するシュラウドの断面外形である。異なるシュラウド形状のうちの１つのシュラウド形状を有するシュラウドの断面外形である。異なるシュラウド形状のうちの１つのシュラウド形状を有するシュラウドの断面外形である。異なるシュラウド形状のうちの１つのシュラウド形状を有するシュラウドの断面外形である。異なるシュラウド形状のうちの１つのシュラウド形状を有するシュラウドの断面外形である。異なる凹所形状のうちの１つの凹所形状を有するシュラウドの断面外形である。異なる凹所形状のうちの１つの凹所形状を有するシュラウドの断面外形である。異なる凹所形状のうちの１つの凹所形状を有するシュラウドの断面外形である。異なる凹所形状のうちの１つの凹所形状を有するシュラウドの断面外形である。異なる凹所形状のうちの１つの凹所形状を有するシュラウドの断面外形である。材料試験機器の表現である。種々の材料の重量を示す表である。種々の材料の音響性能を示すグラフである。種々の材料の音響性能を示すグラフである。種々の材料の音響性能を示すグラフである。種々の材料の音響性能を示すグラフである。種々の材料の音響性能を示すグラフである。

以下で述べるシュラウドは、概して、航空機のモーター及び／またはプロペラ組み立て体を少なくとも部分的に囲むカウリングに関係する。航空機はＵＡＶまたはＶＴＯＬ航空機であり得る。プロペラ組み立て体は、垂直揚力プロペラ組み立て体であり得る。シュラウドは、ノイズを低減するのに役立ち得る、航空機の効率を改善し得る、ならびに／または、モーター及び／またはプロペラの周りに安全バリアを提供し得る。

概して、シュラウドは、空気流をダクトし、プロペラのブレードの先端における渦を最小にすることによって、航空機の効率を改善し得る。渦を最小にすることは、乱流を最小にし、それは、ブレードの先端からの損失を低減し、揚力／推力を増加させる。

シュラウドの種々の実施形態が以下で述べられ、種々の実施形態は、航空機のモーター及び／またはプロペラ組み立て体によって生成されたノイズを、吸収する、拡散させる、及び／または、反射することによって航空機のノイズを低減し得る。これは、航空機から或る距離での航空機のノイズ（例えば、航空機のオペレータ、一般人、航空機から遠隔のオーディオ記録機器、及び／または野生生物によって地上レベルで検出され得るノイズ）を低減し得る。これは、航空機の近くでの航空機のノイズ（例えば、航空機上に搭載されるオーディオ記録機器によって検出され得るノイズ）を同様に低減し得る。ノイズという用語は、通常、好ましくない音を指すと理解される。本明細書において、別段に指示されない限り、ノイズ及び音という用語は、相互交換可能に使用され得る。

吸音（ｓｏｕｎｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）は、材料、構造、またはオブジェクトが、エネルギーを反射するのとは対照的に、音波に遭遇すると音エネルギーを取り込むプロセスを指す。吸収されたエネルギーの一部は熱に変換され、一部は吸収体を通して伝達される。音反射（ｓｏｕｎｄｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）は、材料、構造、またはオブジェクトが、音波に遭遇すると音エネルギーを反射するプロセスを指す。音拡散（ｓｏｕｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）は、材料、構造、またはオブジェクトが、音波に遭遇すると音エネルギーを複数の方向に向け直すプロセスを指す。

図１ａは、１つの例の実施形態によるシュラウドの斜視図である。シュラウドは、外層１０２を有するシュラウド本体１０１を含む。シュラウドは、概して、航空機のモーター及び／または垂直揚力プロペラ組み立て体（図示せず）を囲む。図１ａに示すように、シュラウドは、適したストラット１０５によって中央モーターマウント１０３に接続され得る。ストラットは、シュラウドを航空機に取り付けるように構成される、例えば、ストラットは、モーター組み立て体、モーター組み立て体を保持する構造、または航空機の本体に取り付けられ得る。同様に図１ａには、アーム１０７の一部が示され、アーム１０７は、航空機の残りの部分（例えば、ＵＡＶの本体）に接続される。

図１ｂは、図１ａのシュラウド１００の断面図である。シュラウド本体１０１は、内側に向く層１０８及び外側に向く層１１０を有する外層１０２を含む。本明細書の残りの部分について、「内側（ｉｎｔｅｒｉｏｒ）」は、シュラウドの最も内側の表面によって全体的に包囲される空間を指す。シュラウドの内側は図１ｂにおいてＡで示される。シュラウドの内側は、航空機のモーター及び／または垂直揚力プロペラ組み立て体（図１ｂに図示せず）及びストラット１０５の少なくとも一部を、普通、含む。内側は、空気の強制流がそこを通して航空機のための推力を生じる領域に対応する。明確にするため、「内部（ｉｎｓｉｄｅ）」は（内側と対照的に）シュラウド本体１０１内の空間を指す。シュラウドの内部は図１ｂにおいてＢで示される。「外側（ｅｘｔｅｒｉｏｒ）」は、シュラウドの内側でもなくシュラウドの内部でもない空間を指すために使用される。シュラウドの外側は図１ｂにおいてＣで示される。概して、内側に向く層１０８は、航空機のモーター及び／または垂直揚力プロペラ組み立て体を囲み、そのため、内側に向く層１０８は、航空機の主要なノイズ源に向く。したがって、内側に向く層は、「ノイズ源に向く層（ｎｏｉｓｅｓｏｕｒｓｅｆａｃｉｎｇｌａｙｅｒ）」または「ノイズに向く層」とも呼ばれ得る。

図２は、１つの例の実施形態によるシュラウド１００のプロファイルを示し、プロファイルは、内側に向く層１０８及び外側に向く層１１０を有する外層１０２を含む。内側に向く層１０８はアパーチャ３０４を備え得る。外層１０２の内部に、材料層３０６及び３０８が存在する。外層１０２は、材料層３０６及び３０８を少なくとも部分的に囲む及び／または含む剛性膜またはシェルであり得る。図１ａ及び図１ｂの内側に向く層１０８及び外側に向く層１１０は、隣接するものとして示される（それにより、シェルの形態の単一の外層１０２を生じさせる）。以下でより詳細に述べるように、外層は、別個の内側に向く層及び別個の外側に向く層を備え得る。図２において、シュラウドは、繰り返しパターンで構成される第１の材料層３０６及び第２の材料層３０８を含む。プロペラ２０２からの音は、アパーチャ３０４を通り外層１０２内を通過し、吸音材料層３０６及び３０８によって吸収される。シュラウド３０２は、プロペラ２０２のブレードの先端を部分的に囲み得る凹所３０２を含み得る。図３ａはシュラウド１００の一部分の断面図である。

シュラウドの内材

シュラウドの内部に、吸音材料層が設けられる。これらの層は繰り返し性であり得る。材料の任意の適した組み合わせが使用され得る。一実施形態において、ナノファイバーの第１の層３０６（内側に向く層１０８の最も近くにあり得る）及びメラミンの第２の層３０８を備える。これらの層は繰り返され得る。ナノファイバー層３０６は２００〜３００ミクロン厚であり得る。メラミン層は約２ｃｍ厚であり得る。図３ａ〜３ｃは、ナノファイバーの隣接層３０６（点線ハッチングで示す）及びメラミンの隣接層３０８（対角ハッチングで示す）を示す（一定比例尺に従っていない）。

異なる材料の層化

シュラウドの内部に２つ以上の材料の層を設けることは、単一材料を使用することに比べて吸音の改善を提供し得る。異なる材料は、いろいろな有効性で異なる周波数の音を吸収する。そのような差は、材料の特性に関係し、材料の特性は、繊維サイズ、空気流抵抗、厚さ、多孔度、屈曲度、及び密度を含み得る。異なる材料特性の考えられる効果の説明は以下で提供される。

繊維サイズ：繊維性材料の吸音率は、繊維径が減少するにつれて増加する。なぜならば、薄い繊維が、音波に応答して厚い繊維より容易に移動できるからである。さらに、ファインデニール繊維では、より多くの繊維が、同じ体積密度に達するために必要とされ、そのことが、より屈曲度が高い経路及びより高い空気流抵抗をもたらす。

空気流抵抗：材料の単位厚当たりの固有空気流抵抗は、材料の吸音特徴（特徴的な音響インピーダンス及び伝搬定数を含む）に強く影響する。不織布にかみ合った繊維は、音響波運動に対して抵抗を提供する摩擦要素である。音がそのような材料に入ると、音の振幅は摩擦によって減少する。なぜならば、波が、屈曲通路を通して移動しようと試み、音響エネルギーが熱に変換されるからである。

厚さ：材料が厚くなればなるほど、吸音がよりよくなる。低周波数吸音に対する厚さの重要性は、低周波数がより長い波長を意味し、材料が厚い場合、より長い波長の音が吸収され得るという原理に基づく。

多孔度：孔の数、サイズ、及びタイプも吸音に影響を及ぼす。材料の多孔度は、音が通過し、減衰することを可能にするはずである。多孔質材料の多孔度は、材料内の空隙の体積と材料の総体積との比として規定される。不織ウェブが高い吸音率を有するために、多孔度は、音波の伝搬に沿って増加すべきである。

屈曲度：屈曲度は、サンプルの厚さと比較した、孔を通る通路の伸長の尺度である。屈曲度は、材料の内側構造のその音響特性に対する影響を定量化する。屈曲度は、４分の１波長ピークのロケーションに主に影響を及ぼし、一方、多孔度及び空気流抵抗はピークの高さ及び幅に影響を及ぼす。

密度：音響材料のコスト及び重量は、その密度に直接関係する。密度が増加するにつれて、中・高周波数における吸音が増加する。エネルギー損失は、表面摩擦が増加するにつれて増加し、したがって、吸音率が増加する。不織繊維性材料において、より低い密度でかつより開放した構造は、低周波数（≒５００Ｈｚ）の音を吸収し、一方、高い密度の構造は２０００Ｈｚを超える周波数についてよりよく働く。

層間の間隔は、吸音性能に影響を及ぼし得る。あまりにも密に詰めると性能を低下させ得る。

材料の性質によって、シュラウド外層の内部で形成される空気ギャップまたは小さい共鳴チャンバーが存在し得る。層は、接着剤、超音波溶接、音波溶接／スペーシング、及び／または裁縫／ねじ込みを含む幾つかの方法で互いに取り付けられ得る。

幾つかの実施形態において、層間にまたは層内に空気ギャップが存在し得る。例えば、第１の材料は、空気ギャップの前の薄い層であり得る。外層の外側に向く層からの材料の最も内側に向く層の距離は、材料の音響性能に、材料自身の厚さとほぼ同程度に影響を及ぼし得る。例えば、１５ｍｍの空気ギャップを有する１０ｍｍのメラミンは、メラミンの２５ｍｍとほぼ同じ程度によく働き得る。ギャップは、中間層に含まれ得る。

幾つかの実施形態において、層のうちの１つの層は、音減衰接着剤（または、「減衰パッチ（ｄａｍｐｉｎｇｐａｔｃｈ）」）であり得る。例えば、層は、振動構造に関する振動を低減するために使用されるアドオンパッチ拘束層減衰（ＣｏｎｓｔｒａｉｎｅｄＬａｙｅｒＤａｍｐｉｎｇ、ＣＬＤ）処理であり得る。１つの例は、ＣＬＤにおいて使用される薄い減衰処理であるＲｏｕｓｈ’ｓＤｙｎａｄａｍｐ（商標）材料である。

第１の材料

第１の材料は、ナノファイバーなどの薄い軽量材料であり得る。ナノファイバーは、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ＰＭＭＡとＴＰＵの両方の複合物、または他の適した材料（複数可）で作られ得る。他の薄い材料または繊維シートが使用され得る。ナノファイバーの包含は、低周波数における吸音率を増加させる。第１の材料は、マイクロ粒子添加剤を含み得、マイクロ粒子添加剤は、或る周波数における吸音率をさらに増加させ得る。例えば、第１の材料は、ナノファイバー内に添加したエアロゲル粒子を有するナノファイバーであり得る。考えられる他の添加剤はガラスビードまたはＴＰＵを含む。

シュラウドの内側に向く層の最も近くに低音響インピーダンス（ナノファイバーなど）を有する材料を設けることは有利である。なぜならば、それが、シュラウドの内部の層のうちの第１の層の音響インピーダンスを変更させるため、第１の層の音響インピーダンスが空気の音響インピーダンスにより近くなり、シュラウドの内部への音のより高い伝搬を可能にするからである。音響インピーダンスは、音響圧力が加えられるときに、どれだけ多くの音響流が存在するかの尺度である。第１の層の音響インピーダンスが空気の音響インピーダンスに近い（例えば、ナノファイバーのような全体的に繊維性／多孔質の材料）場合、音のほとんどは、シュラウドの内部に伝搬する。第１の層の音響インピーダンスが空気の音響インピーダンスに近くない（例えば、コンクリート）場合、音のほとんどは反射される。

第２の材料

第２の材料は、バルク軽量吸音材料であり得る。材料は、メラミンフォーム、綿繊維ナノファイバー混合物、ロックウール、コルク、ゴム、ポリマーフォーム、フェルト、ガラスウール、綿繊維、または発泡スチロールである

ロックウールなどの高密度鉱物繊維は良好な吸音特性を有する、しかしながら、高密度鉱物繊維は、ＵＡＶの効率及び性能を下げる高い重量も有する。材料の重量とその吸音特性との間でトレードオフが行われ得る。好ましくは、材料の重量は、その吸音特性に対して最小にされる。使用される材料はシュラウドのサイズに依存し得る。小さいシュラウドにおいて、よりよい吸音材料は、余分な重量を持つに値しないが、スケーリングによって、余分な重量は、より大きいシュラウドにおいて微々たるものであり得る。

２つの繰り返し層の使用は、シュラウドの内部の吸音材料の考えられる構成の一例に過ぎない。しかしながら、任意の２つ以上の音響材料がシュラウドの内部で使用され得る。５つまでの異なる材料が、シュラウドのノイズ低減を最適化するために使用され得る。シュラウドの内部の材料層の数は変動する場合がある。幾つかの実施形態において、シュラウドは、１０までの層を含み得る。幾つかの実施形態において、繰り返さない材料層を含み得る。例えば、５つの異なる材料層を、シュラウドの内部に含み得る。

試験結果

異なる材料が、それらの吸音特性について試験された。図９は、種々の材料の吸音特性を試験するための試験装置を示す。材料８０１はインピーダンス管８００の端に設置され、スピーカー８０７はノイズをインピーダンス管８００内に放出し、マイクロフォン８０５及び８０３は２つの異なるロケーションで音を測定して、各材料の吸音率を計算した。

図１０は、試験された種々の材料の材料重量（ｇ／ｍ^２またはｇｓｍ単位で測定される）を示す表である。ノイズ低減シュラウドのための理想的な材料は、比較的低重量かつ比較的高音響性能、すなわち、高吸音率を有する。例えば、３４５５ｇ／ｍ^２の重量のコルクゴムは、その音響性能を考慮すると重い。

表１１ａ〜１１ｅは、以下のキーによる、試験された材料の性能を示すグラフである。

図１１ａは、或る範囲の周波数についての、種々の未処理材料の吸音率を示す。グラフは、ロックウールが最小の性能を有することを示す（しかしながら、図１０に示すように、ロックウールは比較的重い重量も有する）。メラミンは、特に、比較的軽いその重量を考慮すると、うまく働くことが示される。

図１１ｂは、或る範囲の周波数についての、２４ｍｍポリウレタンフォームバッキング（例えば、ネクサスフォーム）上に種々の材料添加剤を有するナノファイバーの吸音率を示す。

図１１ｃは、或る範囲の周波数についての、材料の種々の組み合わせの吸音率を示す。図１１ｃは、音が材料の異なる音響インピーダンスに遭遇するときの音の相互作用による、吸音率と周波数との間の異なる関係を示す。しかしながら、その組み合わせは、１ｋＨｚから上方にかなり一定の広帯域ノイズについて適さない場合がある。

図１１ｄは、種々の材料添加剤を有する外装ナノファイバー（ｆａｃｉｎｇｎａｎｏｆｉｂｅｒ）を有する繊維の試験結果を示す。全ての組み合わせは、それらの面上にポリ乳酸（ＰＬＡ）プレート及び綿繊維バッキングを有する。ＰＬＡプレートは、１ｍｍだけ離間したアパーチャを含む。

図１１ｅは、或る範囲の周波数についての、種々の外装材料を有するネクサスフォームの吸音率を示す。全ての組み合わせはネクサスフォームバッキングを有する。

シュラウド外層

材料

シュラウドの外層は、軽量かつ剛性である任意の適した材料を含み得る。例は、炭素繊維、繊維ガラス、チタン、プラスチック、またはアルミニウムを含む。好ましくは、材料は、十分な強度を維持しながら、最小厚を有する。

外層は、構造剛性を提供し、シュラウドの内部の材料層を環境から安全に保ち、材料を、プロペラのブレードの先端から安全かつ均一な距離に維持する。

外層は、音響反射材料から作られ得る。音響反射材料で作られた内側に向く層を有することは、ノイズ源からのノイズを、内側に戻るように反射させ得る。シュラウドは、ノイズのほとんどが、シュラウドの上部から出て全体的に上方に反射されるように形作られ得る。これは、ノイズを吸収するのに役立たないが、地面から遠くにノイズを効果的に向け直し、他のところで（例えば、地面の上のユーザーによって）検出され得るノイズを低減する。さらに、音響反射材料で作られた外側に向く層を有することは、シュラウドの内部に伝達されたノイズを、シュラウドの内部に戻るように反射させ得る。これは、シュラウドから漏出するノイズを低減する。それは同様に、シュラウドの内部でノイズが移動する距離を増加させ、吸音材料によって吸収されるノイズを増加させる。

一実施形態において、外層は、別個の内側に向く層及び別個の外側に向く層を備え得る。内側に向く層及び外側に向く層は、適した継手またはシールによって共に接続され、それにより、シュラウドの内部に吸音材料を閉囲するシェルを完成させる。継手またはシールは、外側に向く層から内側に向く層を音響的に分離する材料で作られ得る。例えば、継手またはシールは熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）で作られ得る。

内側に向く層及び外側に向く層は同じ材料で作られ得る。各層を別個に保つことによって、それは、外側に向く層に直接伝達される内側に向く層内の音振動を制限する。外側に向く層内の振動は望ましくない場合がある。なぜならば、そのような振動が、外側に向く層をスピーカーとして働かせ得るからである。

内側に向く層及び外側に向く層は異なる材料で作られ得る。例えば、内側に向く層は低音響インピーダンスを有する材料で作られ得、ノイズが吸音材料によって吸収されることになるシュラウドの内部に、ノイズ源からのノイズが伝達されることを可能にする。外側に向く層は高音響反射を有する材料で作られ得、シュラウドの内部の吸音材料に戻るように反射するノイズを最大にする。図４ａ〜４ｂは、外層の異なる構成に対応するシュラウドのプロファイルである。各図において、プロファイルの左側はシュラウドの内側に対応する。図４ａは、内側に向く層４０２が１つの材料（水平ハッチングで示す）で作られ、外側に向く層４０３が別の材料（暗いハッチングで示す）で作られるシュラウド４０１のプロファイルを示す。シュラウド４０１は、１つまたは複数の吸音材料４０４（十字ハッチングで示す）を含む。図４ｂは、内側に向く層４０２及び外側に向く層４０３が突出部４０５ａ、４０５ｂによってシュラウド４０１の内部を通して接続されるシュラウド４０１のプロファイルを示す。突出部は、音分離継手（図示せず）によって接続され得る。

アパーチャ

外層の内側に向く層１０８は、音がシュラウドの内部に伝達されることを可能にするためなどで、穿孔され得る。外層の内側に向く層１０８は、音がシュラウドの内部の材料層に伝達されることを可能にする多数のアパーチャを含み得る。アパーチャは、内側に向く層１０８の大部分またはプロペラからのノイズに曝露される内側に向く層１０８の一部のみをカバーし得る。

アパーチャは、直径が０．１ｍｍから２ｍｍの間（好ましくは、０．５ｍｍ）の径を有し得る。より大きい直径は、推力効率損失ならびにシュラウドの内部の材料層の外部環境（例えば、水または汚れ）に対する曝露をもたらし得る。より小さい直径は、製造するのにより費用がかかり／時間がかかり得る。

シュラウドの内部の材料層の２０％から４０％の間が穿孔され得る。穿孔エリアは、外層の剛性を低下せないように最適化されるべきである。

内側に向く層の大部分をアパーチャがカバーするため、プロペラの先端だけからの音ではなく、プロペラによって生成される音のほとんどがシュラウド内に吸収される。幾つかの実施形態において、アパーチャは、プロペラのブレードの先端に隣接する内側に向く層の領域から省略され得る。

図５は、図１ｂの断面図に対応する内側に向く層５００の断面図を示す。内側に向く層５００は、アパーチャがないバンド５０１を含む。バンド５０１は、プロペラの先端（図示せず）に隣接する内側に向く層５００の領域に対応する。内側に向く層５００の残りの部分は穿孔される。

図３ａ及び図５に示す実施形態において、アパーチャは、全体的に円形である。図６ａ〜６ｆは、種々の他の考えられるアパーチャ形状を示す。非制限的な例として、アパーチャは、円形（６ａ）、正方形（６ｂ）、三角形（６ｃ）、、スロット状（６ｄ）、六角形（６ｅ）、ダイヤモンド（６ｆ）、または任意の他の適した形状であり得る。

シュラウドの外側に向く層はアパーチャを省略し得る。これは、外側に向く層が音不透過性であることに役立ち得る。

アパーチャは、任意の適した方法で形成され得る。シュラウドの外層は、アパーチャを含むように３Ｄ印刷され得る。他の実施形態において、アパーチャは、レーザーカット、ＣＮＣ／ドリル加工、射出成型、または打ち抜きされ得る。

シュラウド幾何形状

サイズ

シュラウドの内径は１インチから５０インチの間であり得る。幾つかの実施形態において、内径は１インチから３２インチの間であり得る。シュラウド高さは、同様に、１から５０インチの間（また、幾つかの実施形態において、３２インチ）であり得、また、それぞれの内径に一致し得る。シュラウド高さは、マルチブレード式プロペラからのノイズを閉囲し低減するのに十分であり得る。モーター及び垂直揚力プロペラ組み立て体からのノイズは、全体的に全ての方向に放射するため、シュラウドがプロペラのさらに上にまたプロペラのさらに下に延在するようにシュラウド高さを有することは、シュラウドがより多くのノイズを吸収／反射することを可能にするであろう。しかしながら、これは、シュラウドの重量及びバルクも増加させ、ＵＡＶの空気力学及び効率に影響を及ぼし得る。シュラウド高さは、任意の特定の用途で必要とされるＵＡＶ効率及びノイズ低減に関して最適化されるべきである。シュラウドの厚さ（すなわち、内側に向く層と外側に向く層との間の距離）は約４インチであり得る。厚さは、任意の用途で必要とされるＵＡＶ効率及びノイズ低減に関して最適化されるべきである。

内径は、上部と比較して、シュラウドの下部において小さくあり得る。これは、ダクト空気流がＵＡＶの推力を改善するのに役立ち得る。プロペラの上のシュラウドの内径は、プロペラの直径より大きくあり得る。これは、反射音が、シュラウドから全体的に上方に出ることを可能にするのに役立ち得る。プロペラの下のシュラウドの内径は、プロペラの直径より小さくあり得る。これは、シュラウドから全体的に下方に出る反射音を制限するのに役立ち得る。

シュラウドの断面（全体的なシュラウド形状）

吸音手段（上述した吸音材料層など）を設けることに加えて、シュラウドは、ノイズを低減するために音を反射するように形作られ得る。上記で述べたように、外層は、音響反射材料で作られ得る。シュラウドまたはシュラウドの所定の部分が音響反射材料で作られていない場合でも、ほとんどの材料は、多かれ少なかれ一部の音を反射することになるため、シュラウドが反射ノイズに及ぼす影響を考慮することが重要である。

ＵＡＶプロペラを単に被覆することの１つの失敗は、広帯域ノイズの増加が存在し得ることである。シュラウドの形状は広帯域ノイズを低減し得る。図７ａ〜７ｄは、異なるシュラウド形状に対応するシュラウドのプロファイルである。各図において、プロファイルの左側はシュラウドの内側に対応する。図７ａは、ベルマウス状プロファイルを示し、そのプロファイルは、広帯域ノイズを大幅な低減をもたらし得る。ベルマウス形状は、図１ａ〜図２にも示される。ベルマウス入口は、より多くの推力を得る方法として、航空宇宙空間で使用され、ノイズを減少させるという副作用も有する。異なるパラメータを通してシュラウドの推力効率を増加させることは、結果として少ないノイズをもたらすように見える。

図７ｂは、航空機のプロペラ（図示せず）がｖの内側角に向かって内方に延在することを可能にする、実質的にｖ状断面を有するシュラウドプロファイルを示す。

図７ｃは、凹所が全くないシュラウドプロファイルを示す。

図７ｄは、上縁及び下縁がシュラウドの内側に向かって内方に湾曲した状態のシュラウドプロファイルを示す。

図７ｅは、上部の内径がプロペラの直径より大きく、下部の内径がプロペラの直径より小さいシュラウドプロファイルを示す。プロペラの上の、内側に向く層の領域は、プロペラから出るノイズが、（内側に向く層を通して伝達されるノイズを除いて）全体的に内向き及び上向きの方向に反射するように形作られる。プロペラの下の領域のテーパは、より多くのノイズが、（内側に向く層を通して伝達されるノイズを除いて）全体的に内向き及び上向きの方向に反射することを意味する。

凹所の断面

シュラウドの内側に向く層の表面は、凹所を含むことができ、凹所は、プロペラブレード先端が凹所の内部に位置することを可能にする。この凹所は、ノイズを生成する先端渦の形成を最小にする。凹所は、ノイズがシュラウドの内部に通過することを可能にするアパーチャを含み得る。幾つかの実施形態において、凹所は、シュラウドの内部を通過する空気流を低減するためにアパーチャを省略し得る。シュラウドは凹所を含み得るまたは省略し得る。

凹所の形状及び／または構成は、ブレードにわたる空気の流れ、したがって、結果として生じるノイズを変更し得る。

図８ａ〜８ｅは、種々の考えられる凹所構成を有するシュラウドプロファイルを示す。各図において、プロファイルの左側はシュラウドの内側に対応する。図８ａは、図２及び図３ａに同様に示すように、実質的に長方形状凹所を示す。図８ｂは三角形状凹所を示す。図８ｃは長円形状凹所を示す。図８ｄは、シュラウドの上部と下部との間の全体的に半分のところで凹所を形成するように、スムーズに湾曲したシュラウドの内側に向く層を示す。

他の実施形態において、１つまたは複数の凹所は、異なるプロペラ構造と共に使用されるように構成され得る。例えば、複数のプロペラを有するＵＡＶは、複数の凹所、各プロペラごとに１つの凹所を有するシュラウドを含み得る。２重支持式ＵＡＶシュラウドは２つの凹所を含み得る。図８ｅは、２重支持式ＵＡＶのための２つの凹所を有するシュラウドプロファイルを示す。この例において、凹所は共に、長円形状である。

凹所深さ（その最も深いポイントにおける）はプロペラ半径の１０％までであり得る。凹所深さは、矢印Ｄによって図８ａの例によって示すように、水平平面内の深さである。

プロペラに対するシュラウドの位置

ノイズ低減を最適化するため、好ましくは、シュラウドの内側に向く層とプロペラとの間の距離が低減される。一実施形態において、３Ｄ印刷シュラウドは、プロペラのブレードの先端と内側に向く層／凹所との間に約０．５ｍｍのクリアランス半径を持ってプロペラを囲むように構成される。

設置によって、凹所は、入口幾何形状（例えば、ベルマウス状入口）の直後に位置決めされ得る。

製造方法

シュラウド及び／またはシュラウドのコンポーネントは、任意の適した方法であって、
・射出成型；
・砂型鋳造；
・層化作製；
・３Ｄ印刷；及び／または
・ＣＮＣ製造
を含む、任意の適した方法によって製造され得る。

一実施形態において、外層は、剛性炭素繊維シェルとして形成され、材料層を、シェル内に押し込むことができ、材料層は、ばね変形して所定の場所に入って、任意のギャップを充填する。音響フォームは、ばね性があるため、挿入されるときにわずかに圧縮される場合、ばね変形してそのコンテナの形状に適合する。ナノファイバーは、可撓性がありかつ薄いため、挿入前にフォーム層に取り付けられ得る。

本発明は、本発明の実施形態の説明によって示され、実施形態が詳細に述べられたが、そのような詳細に添付特許請求項の範囲を制限するまたはいずれの点でも限定することは出願人の意図ではない。さらなる利点及び修正は、当業者に容易に明らかになる。したがって、本発明は、そのより広い態様において、特定の詳細、代表的な装置及び方法、ならびに、示され述べられる例証的な例に限定されない。したがって、出願人の全体的な発明の概念の趣旨または範囲から逸脱することなく、そのような詳細からの逸脱が行われ得る。

Claims

プロペラを含むノイズ源を少なくとも部分的に囲むように構成される航空機のためのシュラウドであって、シュラウドの内部に位置する２つ以上の吸音材料を含む、シュラウド。
前記２つ以上の吸音材料は層で配置される、請求項１に記載のシュラウド。
前記層は反復パターンで配置される、請求項２に記載のシュラウド。
前記層は、前記ノイズ源からノイズの方向に全体的に垂直である、請求項２または３に記載のシュラウド。
前記２つ以上の材料は第１の材料及び第２の材料を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記第１の材料は、薄い軽量材料、繊維性材料、または連通孔多孔質材料のうちの１つである、請求項５に記載のシュラウド。
前記第１の材料は、ナノファイバーまたはメラミンフォームの一方である、請求項６に記載のシュラウド。
前記第１の材料は、前記第１の材料の吸音を改善するように構成される添加物を含む、請求項６または７に記載のシュラウド。
前記添加物は、エアロゲル粒子、ＴＰＵ粒子、またはガラスビードのうちの１つである、請求項８に記載のシュラウド。
前記第２の材料は、薄い軽量材料、繊維性材料、または連通孔多孔質材料のうちの１つである、請求項５から９のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記第２の材料は、メラミンフォームまたはナノファイバーの一方である、請求項１０に記載のシュラウド。
前記第１の材料は第１の層として設けられ、前記第２の材料は第２の層として設けられる、請求項５から１０のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記第１の層は２００ミクロン〜３００ミクロンの厚さを有する、請求項１２に記載のシュラウド。
前記第２の層は１５ｍｍ〜３５ｍｍの厚さを有する、請求項１２または１３に記載のシュラウド。
前記第１の層は前記第２の層より前記ノイズ源に近い、請求項１２に記載のシュラウド。
空気ギャップが、前記第１の材料と前記第２の材料との間に設けられる、請求項１２に記載のシュラウド。
前記２つ以上の吸音材料はシュラウドを実質的に充填する、請求項１から１６のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記ノイズ源はモーターを含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載のシュラウド。
凹所を有する外層をさらに含み、前記凹所は、前記プロペラのブレードの先端の少なくとも一部を部分的に囲むように位置しサイズ決定される、請求項１８に記載のシュラウド。
ノイズを、前記ノイズ源からシュラウドの内部内に伝達するように構成される外層をさらに含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記外層はアパーチャを含む、請求項２０に記載のシュラウド。
音減衰接着剤の層を含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載のシュラウド。
シュラウドの少なくとも一部はベルマウス状である、請求項１から２２のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記航空機は無人航空機である、請求項１から２３のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記プロペラは垂直揚力プロペラである、請求項１から２４のいずれか一項に記載のシュラウド。
プロペラを含むノイズ源を少なくとも部分的に囲むように構成される航空機のためのシュラウドであって、
外層；及び、
シュラウドの内部の少なくとも１つの吸音材料を含み、
前記外層は、ノイズを、前記ノイズ源からシュラウドの内部内に伝達するように構成される、シュラウド。
前記外層は低音響インピーダンスを有する材料で作られる、請求項２６に記載のシュラウド。
前記外層の音響インピーダンスは空気の音響インピーダンスと実質的に同様である、請求項２７に記載のシュラウド。
前記外層はアパーチャを含む、請求項２６または２７に記載のシュラウド。
前記外層は、前記ノイズ源の平面内でアパーチャのない帯状体を含む、請求項２９に記載のシュラウド。
前記アパーチャは、直径が０．１から２ｍｍの間であり、０．１から２ｍｍの間で離間する、請求項２９または３０に記載のシュラウド。
前記外層は剛性材料で作られる、請求項２６から３１のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記外層は、
前記ノイズ源に向く前記吸音材料の側に位置決めされたノイズに向く層；及び／または、
前記ノイズ源に向かない前記吸音材料の側に位置決めされた外側に向く層
を含む、請求項３２に記載のシュラウド。
前記ノイズに向く層及び前記外側に向く層は、音分離コネクタによって接続される、請求項３３に記載のシュラウド。
前記ノイズに向く層及び前記外側に向く層は異なる材料で作られる、請求項３３または３４に記載のシュラウド。
前記ノイズに向く層は音を実質的に透過する材料で作られる、及び／または、前記外側に向く層は音を実質的に反射する材料で作られる、請求項３５に記載のシュラウド。
前記少なくとも１つの吸音材料は、薄い軽量材料、繊維性材料、連通孔多孔質材料、ナノファイバー、またはメラミンフォームからなる群から選択される、請求項２５から３６のいずれか一項に記載のシュラウド。
層で配置された２つ以上の吸音材料を含む、請求項２５から３７のいずれか一項に記載のシュラウド。
第１の層は２００ミクロンから３００ミクロンの間の厚さを有し、第２の層は１５ｍｍから３５ｍｍの間の厚さを有する、請求項３８に記載のシュラウド。
前記吸音材料はシュラウドを実質的に充填する、請求項２５から３９のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記ノイズ源はモーターを含む、請求項２５から４０のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記外層は、前記プロペラのブレードの先端の少なくとも一部を部分的に囲むように位置しサイズ決定される凹所を有する、請求項４１に記載のシュラウド。
前記凹所はアパーチャがない、請求項４２に記載のシュラウド。
音減衰接着剤の層を含む、請求項２５から４３のいずれか一項に記載のシュラウド。
シュラウドの少なくとも一部はベルマウス状である、請求項２５から４４のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記航空機は無人航空機である、請求項２５から４５のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記プロペラは垂直揚力プロペラである、請求項２５から４６のいずれか一項に記載のシュラウド。
プロペラを含むノイズ源を少なくとも部分的に囲むように構成される航空機のためのシュラウドであって、シュラウドの内部に位置する吸音材料の層及び前記層の少なくとも２つの層の間の空気ギャップを含む、シュラウド。
吸音材料の前記層は第１の層及び第２の層を含み、前記空気ギャップは前記第１の層と前記第２の層との間にある、請求項４８に記載のシュラウド。
各層の前記吸音材料は、薄い軽量材料、繊維性材料、または連通孔多孔質材料、ナノファイバー、またはメラミンフォームのおうちの１つである、請求項４９に記載のシュラウド。
前記第１の層は１０ｍｍの厚さを有し、前記空気ギャップは１５ｍｍの厚さを有する、請求項４８から５０のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記ノイズ源はモーターを含む、請求項４８から５１のいずれか一項に記載のシュラウド。
音減衰接着剤の層を含む、請求項４８から５２のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記航空機は無人航空機である、請求項４８から５３のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記プロペラは垂直揚力プロペラである、請求項４８から５４のいずれか一項に記載のシュラウド。
プロペラを含むノイズ源を少なくとも部分的に囲むように構成される航空機のためのシュラウドであって、シュラウドの内部に位置する吸音材料の層を含み、少なくとも１つの層は音減衰接着剤である、シュラウド。
前記音減衰接着剤は拘束層減衰のために構成される、請求項５６に記載のシュラウド。
前記音減衰接着剤はＤｙｎａｄａｍｐ（商標）である、請求項５７に記載のシュラウド。
他の層の前記吸音材料は、薄い軽量材料、繊維性材料、連通孔多孔質材料、ナノファイバー、またはメラミンフォームのうちの１つである、請求項５６から５８のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記ノイズ源はモーターを含む、請求項５６から５９のいずれか一項に記載のシュラウド。
音減衰接着剤の層を含む、請求項５６から６０のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記航空機は無人航空機である、請求項５６から６１のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記プロペラは垂直揚力プロペラである、請求項５６から６２のいずれか一項に記載のシュラウド。
少なくとも１つのブレードを有するプロペラを含むノイズ源を少なくとも部分的に囲むように構成される航空機のためのシュラウドであって、凹所を有する外層を含み、前記凹所は、前記少なくとも１つのブレードの先端の少なくとも一部を部分的に囲むように位置しサイズ決定される、シュラウド。
前記凹所は、前記少なくとも１つのブレードから渦の形成を最小するように構成される、請求項６４に記載のシュラウド。
前記外層はアパーチャを含み、前記凹所はアパーチャを含まない、請求項６４または６５に記載のシュラウド。
２つ以上の凹所を含む、請求項６４から６６のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記ノイズ源はモーターを含む、請求項６４から６７のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記航空機は無人航空機である、請求項６４から６８のいずれか一項に記載のシュラウド。
前記プロペラは垂直揚力プロペラである、請求項６４から６９のいずれか一項に記載のシュラウド。
航空機であって、
少なくとも１つのプロペラ；及び、
請求項１から７０のいずれか一項に記載のシュラウド
を備える、航空機。
前記航空機は無人航空機である、請求項７１に記載の航空機。
前記プロペラは垂直揚力プロペラである、請求項７１または７２に記載のシュラウド。