JP6786557B2 - 内部構造を有する音響ライナ - Google Patents

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Description

本発明は、内部構造を有する音響ライナに関する。
音響減衰パネルを、騒音を減らすために利用することができる。例えば、航空機は、タービンエンジンからの騒音の放射を低減するために、エンジンナセルに音響減衰パネルを備えることができる。音響減衰パネルは、一般に、セル状ハニカム型内部構造を囲むシートを含むサンドイッチ構造を有する。
米国特許第9,643,392号明細書
一態様においては、音響ライナが、第1の面および間隔を空けて位置する第2の面を有するとともに、第1の面と第2の面との間を延びて一式のセルを定めている一式の仕切られた空洞を含んでおり、一式の仕切られた空洞は開放面を有している支持層と、第2の面の開放面を覆って閉じるように支持層に動作可能に結合した第1の表面シートと、一式の仕切られた空洞のうちの少なくともいくつかの空洞の内部に位置する一式の内部セパレータ構造と、を含む。1つの内部セパレータ構造が、一式の仕切られた空洞のうちの1つの空洞の内部に位置し、1つの内部セパレータ構造は、1つの空洞を互いに連通した複数の流体空洞へと分割する。
別の態様においては、航空機用エンジンアセンブリが、航空機用エンジンを囲むように構成され、外気への吸気口を定める入口部を有しており、航空機用エンジンアセンブリを通る環状の気流経路を少なくとも部分的に定めるナセルと、航空機用エンジンまたはナセルの少なくとも一方に動作可能に結合した音響パネルと、を含む。音響パネルは、第1の面および間隔を空けて位置する第2の面を有するとともに、第1の面と第2の面との間を延びて一式のセルを定めている一式の仕切られた空洞を含んでおり、一式の仕切られた空洞は開放面を有している支持層と、第2の面の開放面を覆って閉じるように支持層に動作可能に結合した第1の表面シートと、一式の仕切られた空洞のうちの少なくともいくつかの空洞の内部に位置する一式の内部セパレータ構造と、を含むことができる。1つの内部セパレータ構造が、一式の仕切られた空洞のうちの1つの空洞の内部に位置し、1つの内部セパレータ構造は、1つの空洞を互いに連通した複数の流体空洞へと分割する。
さらに別の態様においては、音響ライナの一部分を形成する方法が、第1の面と、間隔を空けて位置する第2の面とを有するとともに、第1の面と第2の面との間を延びて一式のセルを定めている一式の仕切られた空洞を含んでおり、一式の仕切られた空洞は開放面を有している支持層を形成するステップと、一式の仕切られた空洞のうちの少なくとも1つの空洞を、少なくとも1つの空洞内の内部セパレータ構造によって互いに連通した複数の容積に分割するステップと、第2の面の開放面を覆って閉じるように支持層の第2の面に表面シートを動作可能に結合させるステップと、を含む。
先行技術による典型的な音響パネルの側面断面図である。 先行技術による図1の音響パネルの斜視図であり、分かり易くするために一部分が除去されている。 本明細書に記載の種々の態様による音響パネルを有する航空機用エンジンアセンブリの概略図であり、分かり易くするために外側ナセルの一部分が切り取られている。 典型的な第1の態様による図3の音響パネルの側面断面図である。 図4の音響パネルの斜視図であり、分かり易くするために一部分が除去されている。 典型的な第2の態様による図3の音響パネルの斜視図であり、分かり易くするために一部分が除去されている。 図6の音響パネルの内部セパレータ構造を示している。 図6の音響パネルにおいて利用することができる内部セパレータ構造を示している。 典型的な第3の態様による図3の音響パネルを示している。 図4および図6の音響パネルについて、吸収係数の周波数の関数としてのプロットを示している。
本開示の態様は、音響パネルに関する。音響パネルは、さまざまな環境において吸音または騒音低減をもたらすように構成することが可能であり、典型的には、特定の音響周波数を減衰させるように調整することができる物理的パラメータを有する。音響パネルを、本明細書においては航空機エンジンの文脈において説明するが、音響パネルを、他の移動、非移動、陸上、空中、または海洋の用途など、さまざまな環境において利用できることを、理解できるであろう。
現代の航空機エンジンおよびナセルの構造は、典型的には、有孔の音響に面する外板を有している音響減衰パネル(音響ライナとも呼ばれる)を含む。図1が、先行技術による典型的な音響パネルの断面図を示している。音響パネル2は、無孔の裏側シート6と、有孔シートまたは表面シート8との間に配置された開放フレームワーク4を含む。開放フレームワーク4は、開放面を有する一式の仕切られた空洞またはセル9を有する支持層を形成する。開放フレームワーク4は、開放フレームワーク4の反対向きの前側および後ろ側に開放面を有する。このようにして、開放フレームワーク4は、開放フレームワーク4と、裏側シート6と、表面シート8との間の開放空間に一式のセル9を形成する。
図2により明確に示されているように、裏側シート6と表面シート8との間に配置された開放フレームワーク4によって形成されたセル9の各々は、開放フレームワーク4の形状および裏側シート6と表面シート8との間の間隔によって定められる所定の容積を有する。開放フレームワーク4は、セルが開放フレームワーク4によって形成された6つの壁と、裏側シート6によって形成された底壁と、表面シート8によって形成された上壁とを有するハニカム構造を含むことができる。裏側シート6は、空気を通さなくてよい。より具体的には、裏側シート6は、支持層または開放フレームワーク4によって開放フレームワーク4の表面シート8とは反対側に支持された無孔シートであってよい。このようにして、無孔シートは、開放フレームワーク4の後ろ側に位置し、後ろ側において開放面を閉じている。
選択されたセル9への空気の流入を可能にするために、表面シート8に穿孔を施し、入口を形成する所定のパターンの一式の穿孔10を表面シート8に形成することができる。表面シート8を、穿孔10が開放フレームワーク4の開放面に重なる関係となるように開放フレームワーク4によって支持し、音響共振器セル9を定める穿孔10と空洞とのペアを形成することができる。有孔シートを、開放フレームワーク4上に直接支持することができる。あるいは、介在の層を利用することも可能である。表面シート8を、これに限られるわけではないが複合材料など、任意の適切な材料から形成することができる。穿孔10は、面積が同一であっても、あるいは有孔シートの異なる領域において面積が異なっていてもよい。裏側シート6および表面シート8ならびに開放フレームワーク4を、裏側シート6および表面シート8ならびに開放フレームワーク4に継ぎ目が存在しないように形成することができる。
セル9は、音響共振器の一部分を形成することができる。例えば、穿孔10の面積および表面シート8の厚さが、ヘルムホルツ共振器のネック部分を定めることができ、セル9の容積が、空洞容積を定めることができる。共振器を、音響共振器に進入するエンジン音に関連する所定の周波数を減衰させるように調律することができ、調律は、音響設計の分野の当業者であれば充分に理解している複数のプロセスによって行うことができる。ハニカムセル9は、六角形の形状の単一の層であってよく、あるいは典型的には隔壁として識別される多孔質層によって分離された同一または異なる形状の複数の層であってよい。さらに、連続気泡(open cell)の発泡体または同様の材料によって形成されたランダムなサイズのセルなど、六角形以外の他の形状も想定され得る。
一般的に上述した音響ライナは、航空機エンジンが生じさせた広帯域の騒音の一部のみを減衰させることができる。より大型のより低速で回転するファンを備えるより高バイパスのターボファンエンジンの出現によって、航空機用エンジンアセンブリの音響的特徴は、エンジン内の圧縮機またはタービン段からのより高い周波数に加えて、ファンアセンブリからのより低い音響周波数に向かう傾向である。そのような航空機用エンジンアセンブリは、複数の周波数ピークを含む広帯域の騒音を生じさせる。これは、航空機およびエンジンの性能の改善を常に追求する状況にとって不利である。
本開示の態様は、航空機用エンジンアセンブリの場合において、エンジンの設置を最適化し、全体としてのサイズを減らし、生じる空力抵抗を低減することができるより軽量かつより薄い広帯域の減衰のためのより効率的な音響パネルを提供する。本開示の態様は、あらゆる環境において利用可能であるが、本明細書においては、航空機エンジンに関して利用されるものとして説明される。本明細書において使用されるとき、方向についてのあらゆる言及(例えば、半径方向、軸方向、近位、遠位、上部、下部、上方、下方、左、右、横方向、前部、後部、頂部、底部、上に、下に、垂直、水平、時計回り、反時計回り、上流、下流、前方、後方、など)は、本開示の読者の理解を助けるための識別目的のためだけに使用され、とくには本開示の位置、方向、または使用に関して、限定を生じさせるものではない。接続についての言及(例えば、取り付けられる、結合される、接続される、および接合される)は、広く解釈されるべきであり、別段の指示がない限り、1群の要素間の中間部材および要素間の相対移動を含むことができる。このように、接続についての言及は、2つの要素が直接に接続されて互いに固定された関係にあることを、必ずしも意味しない。例示される図面は、あくまでも説明を目的とするものであり、添付の図面に反映される寸法、位置、順序、および相対サイズは、さまざまに変更可能である。
本明細書において使用されるとき、要素の「組」または「一式」という用語は、1つだけを含む任意の数の要素を指すことができる。さらに、「広帯域の騒音」という用語は、そのエネルギが広範囲の周波数にわたって分布する音響雑音を指す。
図3が、タービンエンジン12と、ファンアセンブリ13と、ナセル14とを有する航空機用エンジンアセンブリ11の典型的な環境を示している。ナセル14の一部分が、分かり易くするために切除されている。ナセル14は、タービンエンジン12を囲んでおり、外気へと開いた吸気口19を定める入口部17と、航空機用エンジンアセンブリ11を通って矢印18によって概略的に示されるとおりのおおむね前方から後方へのバイパス気流経路を定める環状の気流経路または環状のバイパスダクト16とを有する。タービンエンジン12は、環状のファンケース23と、逆推力装置(図示せず)の後方ダクト25とを含むファン部分21を有することができる。ファン部分21を、ナセル14内に設けることができ、ファン部分21は、吸気口19に連通する。環状の音響パネルまたは音響ライナ100を、ナセル14の少なくとも一部の内部に設けることができる。これに限られるわけではないが、例として、音響ライナは、吸気口19、ファンケース23、および後方ダクト25に示されている。音響ライナ100は、航空機用エンジンアセンブリ11内の騒音を減衰させるように構成され、通過空気流を定める。
本開示の一態様によれば、図4が、図3の環状音響ライナ100の一部分の断面図を示している。第1の面111と、第1の面111から間隔を空けて位置する第2の面112とを有する支持層110が含まれる。支持層110は、これらに限られるわけではないが、アルミニウム、ノーメックス、ガラス繊維、耐食鋼、チタン、熱可塑性材料、または熱硬化性複合材料など、任意の適切な材料を含むことができる。一式の仕切られた空洞120が、第1の面111と第2の面112との間を延びており、空洞120は、第1および第2の面111、112に開放面122を有することができる(図5にさらに詳しく示される)。
仕切られた空洞120を、第2の表面シート132と第1の表面シート131との間に配置されたハニカム形状のフレームワークなどの開放フレームワーク140によって形成することができる。仕切られた空洞120の各々は、開放フレームワーク121の形状および第2の表面シート132と第1の表面シート131との間の間隔によって定められる所定の容積を有することができる。
第1の表面シート131を、第1の表面シート131が第2の面112上の開放面122を覆って閉じるように、支持層110に動作可能に結合させることができる。第2の表面シート132を、第1の面111上の開放面122を覆うように、支持層110に動作可能に結合させることができる。随意により、第2の表面シート132は、一式の仕切られた空洞120に連通する一式の穿孔134を含むことができる。図4の例において、一式の穿孔134を、図示のように一式の空洞120のすべての空洞に穿孔134が設けられるように、一式の空洞120に相関させることができると考えられる。あるいは、各々の空洞120に複数の穿孔134を連通させてもよい。またさらに、空洞に連通する穿孔の数は、さまざまであってよい。
一式の内部セパレータ構造150が、一式の空洞120のうちの少なくともいくつかに含まれてよい。より具体的には、図示のように、1つの内部セパレータ構造150を1つの空洞120内に配置することができる。内部セパレータ構造150は、任意の数の空洞120に含まれてよく、例えば、内部セパレータ構造150を、空洞120の一部またはすべてに配置することができる。内部セパレータ構造150は、空気などの流体が内部セパレータ構造の一方側から他方側へと移動できるように、膜、可撓メッシュ、または局所的に穿孔された材料を含むことができる。内部セパレータ構造150を、空洞120と一体に形成でき、あるいは内部セパレータ構造150を、図4に示されるように空洞120内に配置される別個のインサートとして形成できると考えられる。
内部セパレータ構造150は、任意の適切な形状、外形、輪郭、または高さを有することができ、その例として、半球形状、平坦パネル、または湾曲パネルが挙げられる。例えば、図4において、内部セパレータ構造150は、開いた上部および下部を有する砂時計形状を有するものとして図示されている。典型的な内部セパレータ構造150は、空洞120を、第1の容積V1を有する第1の流体空洞151、第2の容積V2を有する第2の流体空洞152、および第3の容積V3を有する第3の流体空洞153として示されている複数の流体空洞に分割する。幅156を有するネック154を、図示の典型的な砂時計形状を有する内部セパレータ構造150の最も狭い地点に定めることができる。
さらに、空洞120は、ネック部を定めるネック154と、空洞容積を定める第2の容積V2とを有する上述のとおりのヘルムホルツ共振器などの音響共振器の一部分を形成することができる。これに限られるわけではないが、一例においては、ネック154の幅156、第1の容積V1および第2の容積V2の相対的なサイズ、あるいは第3の容積V3のサイズを変えるなどにより、共振器を、音響共振器に進入するエンジン音に関連する所定の周波数を減衰させるように調律することができる。このようにして、セパレータ構造150を、特定の周波数または広帯域の騒音を減衰させるように調律することができる。
ファンアセンブリ13の近くの環境に存在する音響周波数は、ファンアセンブリ13から遠く離れた環境に存在する音響周波数とは異なる可能性があり、ネック154の幅156、第1の容積V1の第2の容積V2に対する比、または音響ライナ100の全体の厚さ160などの物理的態様を、音響ライナ100の配置場所に応じた種々の音響周波数を減衰させるように調整することができる。例示の目的で、図3が、音響ライナ100のファンアセンブリ13から遠い部分171について、この領域の音響周波数を減衰させるための減らされた全体の厚さ160で示している。音響周波数は、周方向においてもさまざまである可能性があり、音響ライナ100の第2の部分172(図3)が、たとえ部分171、172がファン13から同じ軸方向距離に位置する場合でも、部分171とは異なる音響減衰の要件を有する可能性がある。例示として、部分171,172は、それらの異なる全体の厚さ160に基づいて異なる音響減衰を達成することができるが、音響減衰特性を、上述のようにネックの幅156または容積比などの他の物理的態様によって達成してもよいことを、理解すべきである。
ここで図5を参照すると、仕切られた空洞120が、フレームワーク140によって形成されたハニカム形状を有するものとして示されている。ハニカム形状における仕切られた空洞120は、開放フレームワーク140によって形成された6つの壁と、第2の表面シート132によって形成された底壁と、第1の表面シート131によって形成された上壁とを有することができる。あるいは、上部を開くことも可能である。第1および第2の容積V1、V2がネック154によって連通でき、第3の容積V3が砂時計形状の内部セパレータ構造150を囲むことを、理解できるであろう。さらに、内部セパレータ構造150が有孔材料またはメッシュ材料を含み、あるいは内部セパレータ構造150が開いたネックまたは不連続なネック154を含む例において、第3の容積V3を第1または第2の容積V1、V2に連通させることができると考えられる。
一式の穿孔134が、空洞120への空気の進入を可能にするための所定のパターンの入口を形成することができる。図5の例において、穿孔134は、同一の面積、間隔、および幾何学的形状を有するものとして示されているが、必ずしもそのようである必要はない。さらに、一式の穿孔134は、所与の空洞120の上方にいくつかの穿孔134を有するものとして示されている。やはり、任意の数の穿孔134を空洞に連通させることができ、その数は、必ずしもすべての空洞について同一である必要はない。穿孔134は、必要に応じ、有孔シートのさまざまな領域において、円形、楕円形、長方形、または不規則など、面積、間隔、または幾何学的形状がさまざまであってよいことを、理解できるであろう。
動作時に、エンジン11(図3)を通って流れる空気は、一式の穿孔134を通って流れ、選択された空洞120に進入することができる。内部セパレータ構造150は、空洞120内の空気を、共振空洞V2の特製の形状に基づく予め選択された周波数において共振させることができる一方で、この予め選択された周波数の外側の他の音響周波数は、共振することができず、したがって減衰させられることがない。図1の典型的な先行技術のパネルにおいては、空洞の容積全体が単一の共振空洞を形成するところ、空洞120の分割された空洞容積V1、V2、V3は、内部セパレータ構造150の位置を変えることによって調整することが可能である。このようにして、内部セパレータ構造150は、空洞120の内部の幾何学的可変性を提供し、音波を吸収するための追加の空洞を提供し、したがって特定の音響周波数を減衰させる能力を改善することができる。
図6を参照すると、タービンエンジン11は、音響パネル100に加え、あるいは音響パネル100に代えて、別の音響パネル200を含むことができる。音響パネル200は、音響パネル100に類似しており、したがって同様の部分は、100だけ増やした同様の数字によって識別され、第1の態様の同様の部分の説明が、特段の指示がない限り、第2の態様にも当てはまると理解される。
音響パネル200は、第1の表面シート231と、一式の穿孔234を有する第2の表面シート232と、支持層210に形成された一式の仕切られた空洞220とを含む。支持層210は、第1の面211および第2の面212を含み、図示のように第1および第2の表面シート231,232の間を延びる内部フレームワーク240も形成する。一式の内部セパレータ構造250が、一式の空洞220のうちの少なくともいくつかの空洞の内部に含まれてよい。より具体的には、1つの内部セパレータ構造250を1つの空洞220の内部に配置することができ、任意の数の空洞220が、内部セパレータ構造250を含むことができる。
1つの相違点は、内部セパレータ構造250が、開いた頂部を有する切頭円錐など、円錐台の形状または外形を有するものとして図6に示されていることである。このようにして、この代案の内部セパレータ構造250は、空洞220を、内側容積Viを有する内側流体空洞251および外側容積Voを有する外側流体空洞252に分割する。内部セパレータ構造250の基部255を、図示のように空洞220の少なくとも1つの壁に交わらせて、支持層210の第2の面212に隣接して配置することができる。第1の表面シート231を、図4における説明と同様に、フレームワーク240によって形成された支持層210の第2の面212に隣接させて配置できることを、理解できるであろう。
仕切られた空洞220は、開放フレームワーク240によって形成された6つの壁と、第2の表面シート232によって形成された底壁と、第1の表面シート231によって形成された上壁とを備えるハニカム形状を有することができる。内側および外側容積Vi、Voを開口254によって連通させることができ、外側容積Voが円錐台形状の内部セパレータ構造250を取り囲むことを、理解できるであろう。さらに、内部セパレータ構造250が有孔材料またはメッシュ材料を含む例では、外側容積Voを内側容積Viに連通させることができると考えられる。
ここで図7を参照すると、円錐台形状の内部セパレータ構造が、3つの構成にて示されている。第1の構造250Aは、直径256を有する第1の開口254Aと、第1の高さ258Aとを有することができる。第2の構造250Bは、第2の直径256Bを有する開口254Bと、第1の高さ258Aよりも大きくてよい第2の高さ258Bとを有することができる。第3の構造250Cは、第1の開口256Aよりも大きい第3の直径256Cを有する第3の開口254Cと、第1の高さ258Aよりも小さい第3の高さ258Cとを有することができる。
空洞220(図6)において利用される内部セパレータ構造250は、すべてが同一の高さまたは開口の直径を有することができ、あるいは高さおよび開口の直径が、所望のとおりに音響パネル200において所定のパターンで変化してよいことを、理解できるであろう。
上述したように、空洞220は、広帯域の騒音を含むさまざまな音響周波数を減衰させるように調律することができる音響共振器を形成することができる。空洞220は、ネック部を定める開口256と、空洞容積を定める内側容積Viとを有する上述のとおりのヘルムホルツ共振器などの音響共振器の一部分を形成することができる。調律を、内部セパレータ構造250の開口の直径258または高さ254を変えることによって達成することができ、前述のように、セル220を、先行技術の音響パネルと比較して、内部セパレータ構造250によってより正確に調律することができる。さらに、少なくとも1つの空洞220が内部セパレータ構造を含まずに空であってよく、このやり方で、内部セパレータ構造を含むセルおよび内部セパレータ構造を含まないセルのパターンを使用して、騒音の減衰のために音響パネルを調律することができる。
上記例示の態様は、内部セパレータ構造を、円柱形または矩形を含む他の形状を有するセルを含む単一のハニカムセルへと設置される単一の構成にて製造できることを示している。ここで図8を参照すると、内部セパレータ構造250を複数のセルグループにて製造し、第1の表面シート231と一体に形成することも可能であると考えられる。グループ化されたセパレータ構造は、セルごとに形状が違ってもよく、あるいはナセルの一領域と他の領域とで形状が違ってもよく、円錐台、砂時計、または他のセパレータ形状の組み合わせを、所与のグループ化にて利用することが可能である。さらに、内部セパレータ構造を、これらに限られるわけではないが、アルミニウム、ノーメックス、ガラス繊維、耐食鋼、チタン、熱可塑性材料、または熱硬化性複合材料など、開放層セルと同じ材料から製造することができ、セパレータを、セル製造プロセスにおいてセル内に形成することができる。
あるいは、内部セパレータ構造を、セル製造プロセスとは別のプロセスを用いて製造し、開放支持層セルへと挿入することができる。セパレータを、プレス成形、射出または他の成形技術、熱ドレープ形成、または付加製造などの既存の製造プロセスを利用して製造することができると考えられる。
図9が、タービンエンジン11が、音響パネル200に加え、あるいは音響パネル200に代えて、別の音響パネル300を含むことができることを示している。音響パネル300は、音響パネル200に類似しており、したがって同様の部分は、さらに100だけ増やした同様の数字によって識別され、第1の態様の同様の部分の説明が、特段の指示がない限り、第2の態様にも当てはまると理解される。
音響パネル300は、ハニカム形状または六角形形状を有するものとして図示されている一式の仕切られた空洞320を含むことができる。半球の形状または外形を有する内部セパレータ構造350を、図示のように空洞320内に配置することができる。セパレータ構造350は、直径356を有する上部開口354を含むことができ、半球形セパレータ構造350の曲率半径でもある高さ358をさらに含むことができる。上述のように、セパレータ構造350は、空洞を少なくとも2つの容積に分割することができ、所望に応じて有孔材料またはメッシュ材料を備えることができる。さらに、内部セパレータ構造350の基部355を、図示のように空洞220の少なくとも1つの壁と交わるように配置することができる。
本明細書に記載の音響パネルが、音響パネル内の仕切られた空洞の容積を任意の所望の数の部分容積へと細分化できるように、任意の所望の外形または形状を有してよい内部セパレータ構造を含むことができることを、理解できるであろう。砂時計、円錐台、および半球の形状にて示されているが、本開示の技術的思想におけるセパレータ構造について、多数の外形、形状、または変種を利用できることを理解すべきである。
図10を参照すると、プロット400が、音響周波数の関数としての吸収係数の関数を示している。音響パネルの吸収係数を、式(1)で
と定義することができ、これは、音響の減衰の量に関係し、0.0が0%の減衰に相関し、1.0が100%の減衰に相関する。砂時計のプロット402は、砂時計形状の内部セパレータ構造150を有する音響パネル100によってもたらされる音響減衰の一例を示している。円錐形のプロット404は、円錐台形状の内部セパレータ構造250を有する音響パネル200によってもたらされる音響減衰の一例を示し、従来のプロット406は、従来からの音響ライナを示す先行技術のパネル2によってもたらされる音響減衰の一例を示している。従来のプロット406が、約2.8kHzまでは高い吸収レベル(85%を超える)を有し、より高い周波数で急速に吸収が低下することを、見て取ることができる。砂時計のプロット402は、約1.6kHz以上の周波数について高い(80%を超える)レベルの吸収を示し、円錐のプロット404は、示された周波数スペクトルの全体にわたって約40%のより低いが変化しないレベルの吸収を示す。さらに、約3.6kHzを超える周波数において、砂時計のプロット402および円錐のプロット404の両方が、従来のプロット406よりも高い吸収レベルを有することも、見て取ることができる。
「安定」を、減衰の変動が最大0.2、すなわち20%までである減衰係数を指すものと定義し、「有効」を、0.3すなわち30%の減衰よりも大きい吸収係数を指すものと定義すると、図示の例において、以下を見て取ることができる。
・砂時計のプロット402の吸収係数は、約1.7〜6.4kHzの周波数において安定かつ有効である。
・円錐のプロット404の吸収係数は、約0.0〜5.8kHzの周波数において安定かつ有効である。
・従来のプロット406の吸収係数は、約0.0〜2.8kHzの周波数において安定かつ有効である。
したがって、内部セパレータ構造150,250が、従来からの音響パネルと比較して、安定かつ有効な吸収係数を有するより広い周波数範囲を有する改善された音響減衰性能を提供することが理解されよう。また、上述の内部セパレータ構造または代案の内部セパレータ構造を単一の音響パネルへと組み合わせてさまざまな程度の吸収を提供できることも理解されよう。例えば、これらに限られるわけではないが、異なる種類のセルが所定のパターンで交互に位置するなど、単一の音響パネルが、これらに限られるわけではないが砂時計の形状および円錐台の形状の内部セパレータ構造を所望に応じて隣接するセルに含んでいる内部セパレータ構造を含むことができ、あるいは単一の音響パネルが、内部セパレータ構造を有さない伝統的なセルと砂時計および円錐台の内部セパレータ構造を含むセルとの組み合わせを含むことができる。
上述の開示の態様は、提案される音響パネルが従来からの音響パネルと比較してより直線的な音響減衰プロファイルを有し、したがってより広い範囲の周波数の減衰においてより効率的であるなど、さまざまな利点を提供する。セパレータを、異なる周波数をより良好に減衰させるように幾何学的形状の変更によって容易に調律することができる。本開示は、利用可能な解決策の数が限られている商業環境において複数の周波数を減衰させる新たな方法を提案する。加えて、本明細書に記載のセパレータは、既存のコア形状に容易に適用可能であり、したがって製造コストを低減することができる。
これまでに説明されていない限りにおいて、種々の実施形態の異なる特徴および構造を、所望に応じて互いに組み合わせて使用することができる。或る特徴が、必ずしもすべての実施形態には示されていないかもしれないが、それは説明を簡潔にするためであり、存在しなくてもよいとの解釈を意味しない。したがって、異なる実施形態の種々の特徴を所望のとおりに混合し、あるいは結合させて新たな実施形態を形成することが、そのような新たな実施形態が明示的に説明されているか否かにかかわらず可能である。本明細書に記載の特徴のすべての組み合わせまたは置き換えが、本開示に包含される。
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含むならば、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
[実施態様1]
第1の面(111、211)と、間隔を空けて位置する第2の面(112、212)とを有するとともに、前記第1の面(111、211)と前記第2の面(112、212)との間を延びて一式のセルを定めている一式の仕切られた空洞(120、220、320)を含んでおり、前記一式の仕切られた空洞(120、220、320)は開放面(122)を有している支持層(110、210)と、
前記第2の面(112、212)の前記開放面(122)を覆って閉じるように前記支持層(110、210)に動作可能に結合した第1の表面シート(131、231)と、
前記一式の仕切られた空洞(120、220、320)のうちの少なくともいくつかの空洞(120、220、320)の内部に位置する一式の内部セパレータ構造(150、250、350)と、
を備えており、
1つの内部セパレータ構造(150、250、350)が、前記一式の仕切られた空洞(120、220、320)のうちの1つの空洞(120、220、320)の内部に位置し、前記1つの内部セパレータ構造(150、250、350)は、前記1つの空洞(120、220、320)を互いに連通した複数の流体空洞(151、152、153、251、252)へと分割する、音響ライナ(100、200、300)。
[実施態様2]
一式の穿孔(134、234)を含んでおり、前記第1の面(111、211)の前記開放面(122)を覆うように前記支持層(110、210)に動作可能に結合した第2の表面シート(132、232)をさらに備える、実施態様1に記載の音響ライナ(100、200、300)。
[実施態様3]
前記1つの内部セパレータ構造(150)は、3つの流体空洞(151、152、153)を形成するように構成された砂時計の形状の内部セパレータ構造(150)を備える、実施態様1に記載の音響ライナ(100)。
[実施態様4]
前記1つの内部セパレータ構造(250、350)は、2つの流体空洞(251、252)を形成するように構成された円錐台または半球の形状の内部セパレータ構造(250、350)を備える、実施態様1に記載の音響ライナ(200、300)。
[実施態様5]
前記円錐台または半球の形状の内部セパレータ構造(250、350)の基部(255、355)は、前記支持層(110、210)の前記第2の面(112、212)に隣接する、実施態様4に記載の音響ライナ(200、300)。
[実施態様6]
前記円錐台または半球の形状の内部セパレータ構造(250、350)は、開放ネックを含む、実施態様5に記載の音響ライナ(200、300)。
[実施態様7]
前記円錐台または半球の形状の内部セパレータ構造(250、350)の基部(255、355)は、前記1つの空洞(220、320)の少なくとも1つの壁に交わる、実施態様4に記載の音響ライナ(200、300)。
[実施態様8]
前記支持層(110、210)は、ハニカムコアを含む、実施態様1に記載の音響ライナ(100、200、300)。
[実施態様9]
前記一式の内部セパレータ構造(150、250、350)は、前記支持層(110、210)と一体に形成される、実施態様1に記載の音響ライナ(100、200、300)。
[実施態様10]
航空機用エンジンアセンブリ(11)であって、
航空機用エンジンを囲むように構成され、外気への吸気口(19)を定める入口部(17)を有しており、当該航空機用エンジンアセンブリ(11)を通る環状の気流経路を少なくとも部分的に定めるナセル(14)と、
前記航空機用エンジンまたは前記ナセル(14)の少なくとも一方に動作可能に結合した音響パネル(100、200、300)と、
を備えており、
前記音響パネル(100、200、300)は、
第1の面(111、211)と、間隔を空けて位置する第2の面(112、212)とを有するとともに、前記第1の面(111、211)と前記第2の面(112、212)との間を延びて一式のセルを定めている一式の仕切られた空洞(120、220、320)を含んでおり、前記一式の仕切られた空洞(120、220、320)は開放面(122)を有している支持層(110、210)と、
前記第2の面(112、212)の前記開放面(122)を覆って閉じるように前記支持層(110、210)に動作可能に結合した第1の表面シート(131、231)と、
前記一式の仕切られた空洞(120、220、320)のうちの少なくともいくつかの空洞(120、220、320)の内部に位置する一式の内部セパレータ構造(150、250、350)と、
を備え、
1つの内部セパレータ構造(150、250、350)が、前記一式の仕切られた空洞(120、220、320)のうちの1つの空洞(120、220、320)の内部に位置し、前記1つの内部セパレータ構造(150、250、350)は、前記1つの空洞(120、220、320)を互いに連通した複数の流体空洞(151、152、153、251、252)へと分割する、航空機用エンジンアセンブリ(11)。
[実施態様11]
一式の穿孔(134、234)を含んでおり、前記第1の面(111、211)の前記開放面(122)を覆うように前記支持層(110、210)に動作可能に結合した第2の表面シート(132、232)をさらに備え、前記一式の穿孔(134、234)のうちの少なくとも1つの穿孔(134、234)は、前記1つの空洞(120、220、320)に連通する、実施態様10に記載の航空機用エンジンアセンブリ(11)。
[実施態様12]
前記1つの内部セパレータ構造(150)は、前記1つの空洞(120)内に3つの流体空洞(151、152、153)を形成するように構成された砂時計の形状の内部セパレータ構造(150)を備える、実施態様10に記載の航空機用エンジンアセンブリ(11)。
[実施態様13]
前記1つの内部セパレータ構造(250、350)は、前記1つの空洞(220、320)内に2つの流体空洞(251、252)を形成するように構成された円錐台または半球の形状の内部セパレータ構造(250、350)を備える、実施態様10に記載の航空機用エンジンアセンブリ(11)。
[実施態様14]
前記円錐台または半球の形状の内部セパレータ構造(250、350)の基部(255、355)は、前記支持層(110、210)の前記第2の面(112、212)に隣接する、実施態様13に記載の航空機用エンジンアセンブリ(11)。
[実施態様15]
前記円錐台または半球の形状の内部セパレータ構造(250、350)は、開放ネックを含む、実施態様14に記載の航空機用エンジンアセンブリ(11)。
[実施態様16]
前記一式の内部セパレータ構造(150、250、350)は、前記支持層(110、210)と一体に形成される、実施態様10に記載の航空機用エンジンアセンブリ(11)。
[実施態様17]
音響ライナ(100、200、300)の一部分を形成する方法であって、
第1の面(111、211)と、間隔を空けて位置する第2の面(112、212)とを有するとともに、前記第1の面(111、211)と前記第2の面(112、212)との間を延びて一式のセルを定めている一式の仕切られた空洞(120、220、320)を含んでおり、前記一式の仕切られた空洞(120、220、320)は開放面(122)を有している支持層(110、210)を形成するステップと、
前記一式の仕切られた空洞(120、220、320)のうちの少なくとも1つの空洞(120、220、320)を、該少なくとも1つの空洞(120、220、320)内の内部セパレータ構造(150、250、350)によって互いに連通した複数の容積に分割するステップと、
前記第2の面(112、212)の前記開放面(122)を覆って閉じるように前記支持層(110、210)の前記第2の面(112、212)に表面シート(131、231)を動作可能に結合させるステップと、
を含む方法。
[実施態様18]
前記少なくとも1つの空洞(120、220、320)を分割するステップは、前記少なくとも1つの空洞(120、220、320)内に内部セパレータ構造(150、250、350)を配置するステップを含む、実施態様17に記載の方法。
[実施態様19]
前記内部セパレータ構造(150、250、350)を配置するステップは、前記少なくとも1つの空洞(120、220、320)内で前記内部セパレータ構造(150、250、350)を膨張させるステップを含む、実施態様17に記載の方法。
[実施態様20]
前記少なくとも1つの空洞(120、220、320)を分割するステップは、前記内部セパレータ構造(150、250、350)を前記支持層(110、210)と一緒に付加製造または成形するステップを含む、実施態様17に記載の方法。
[実施態様21]
有孔表面シート(132、232)を、該表面シート(132、232)で前記第1の面(111、211)の前記開放面(122)を覆い、かつ該有孔表面シート(132、232)の少なくとも1つの穿孔(134、234)が前記一式の仕切られた空洞(120、220、320)のうちの一空洞に連通するように、前記支持層(110、210)の前記第1の面(111、211)に動作可能に結合させるステップ
をさらに含む実施態様17に記載の方法。
2 音響パネル(先行技術)
4 開放フレームワーク(先行技術)
6 無孔の裏側シート(先行技術)
7 穿孔(先行技術)
8 有効の表面シート(先行技術)
9 セル(先行技術)、音響共振器セル、ハニカムセル
10 穿孔(先行技術)
11 航空機用エンジンアセンブリ、タービンエンジン
12 タービンエンジン
13 ファンアセンブリ、ファン
14 ナセル
16 環状のバイパスダクト
17 入口部
18 矢印
19 吸気口
21 ファン部分
23 環状のファンケース
25 後方ダクト
100 音響パネル/ライナ、環状音響ライナ
110 支持層
111 第1の面
112 第2の面
120 空洞
121 開放フレームワーク
122 開放面
131 第1の表面シート
132 第2の表面シート
134 一式の穿孔
140 開放フレームワーク
150 内部セパレータ構造
151 第1の流体空洞
254B 第2の開口
254C 第3の開口
255 基部
256 幅、開口
256A 第1の直径
256B 第2の直径
256C 第3の直径
258 高さ
258A 第1の高さ
258B 第2の高さ
258C 第3の高さ
300 音響パネル/ライナ
320 空洞
350 内部セパレータ構造、半球形セパレータ構造
354 ネック、上部開口
355 基部
356 幅
358 高さ
400 プロット
402 砂時計のプロット
404 円錐のプロット
406 従来のプロット
Vi 内側容量
Vo 外側容積
V1 第1の容積、空洞容積
V2 第2の容積、空洞容積
V3 第3の容積、空洞容積
152 第2の流体空洞
153 第3の流体空洞
154 ネック
156 幅
160 ライナ全体の厚さ
171 部分
172 第2の部分
200 音響パネル/ライナ
210 支持層
211 第1の面
212 第2の面
220 空洞、セル
231 第1の表面シート
232 第2の表面シート
234 一式の穿孔
240 開放フレームワーク、内部フレームワーク
250 内部セパレータ構造
250A 第1の構造
250B 第2の構造
250C 第3の構造
251 内側流体空洞
252 外側流体空洞
254 ネック、開口、高さ
254A 第1の開口
254B 開口
254C 第3の開口

Claims (4)

  1. 第1の面(111)と、間隔を空けて位置する第2の面(112)とを有するとともに、前記第1の面(111)と前記第2の面(112)との間を延びて一式のセルを定めている一式の仕切られた空洞(120)を含んでおり、前記一式の仕切られた空洞(120)は開放面(122)を有している支持層(110)と、
    前記第2の面(112)の前記開放面(122)を覆って閉じるように前記支持層(110)に動作可能に結合した第1の表面シート(131)と、
    前記一式の仕切られた空洞(120)のうちの少なくともいくつかの空洞(120)の内部に位置する一式の内部セパレータ構造(150)と、
    を備えており、
    1つの内部セパレータ構造(150)が、前記一式の仕切られた空洞(120)のうちの1つの空洞(120)の内部に位置し、前記1つの内部セパレータ構造(150)は、前記1つの空洞(120)を互いに連通した複数の流体空洞(151、152、153)へと分割し、
    前記1つの内部セパレータ構造(150)は、3つの流体空洞(151、152、153)を形成するように構成された砂時計の形状の内部セパレータ構造(150)を備える、音響ライナ(100)。
  2. 一式の穿孔(134)を含んでおり、前記第1の面(111)の前記開放面(122)を覆うように前記支持層(110)に動作可能に結合した第2の表面シート(132)をさらに備える、請求項1に記載の音響ライナ(100)。
  3. 前記支持層(110)は、ハニカムコアを含む、請求項1に記載の音響ライナ(100)。
  4. 前記一式の内部セパレータ構造(150)は、前記支持層(110)と一体に形成される、請求項1に記載の音響ライナ(100)。
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