翼列クロッキングを利用した次世代超音速輸送機エンジンのファン騒音低減

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555272
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 梶 昭次郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80013704)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 紀徳 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (10201211)
• Keywords: 翼列クロッキング / 動静翼列干渉騒音 / ファン騒音 / 軸流圧縮機 / 騒音低減法 / 超音速度輸送機

Research Abstract

航空機エンジンの騒音が社会問題となって久しいが、近い将来にはコンコルドに替わる次世代超音速輸送機が導入されようとしており、その最大の問題の一つが空港騒音である。本研究は超音速輸送機用エンジンのファンが2段であることに着目し、翼列クロッキングの概念をファン騒音に適用して、その発生を抑止するものである。翼列クロッキングとは、多段の軸流機械において静翼同士あるいは動翼同士の翼枚数を揃え、前段翼と後段翼の円周方向配置の位相を調節することにより、総計の全圧損失を極小化する概念である。本研究では、まず2段ファンの動翼同士及び静翼同士の翼枚数をそれぞれ揃え、第1段ファンの動静翼干渉により発生する音波と第2段ファンの動静翼の干渉により発生する音波の周波数及び円周方向モードを一致させる。次に,第2段ファンの動翼及び静翼の周方向配置を第1段ファンの動翼及び静翼に相対的に移動させ、結果として第1段ファンで発生する音波を第2段ファンで発生する音波で相殺させることにより騒音低減を図る。
本研究では翼を周方向に動かせるような多段の軸流ファンを用い音響計測を行うことによって、この手法の有効性を実証する。
本年度は、既存の多段軸流圧縮機を動翼列同士、また静翼列同士について翼列クロッキングが実現できるように改造した。動翼、静翼共に円周方向ダブテイルによる取付けとして周方向に移動可能とし、この軸流圧縮機を用いて以下のように内部流れ場、内部音場及び外部放射音場の計測を行った。
(1)試験軸流圧縮機の流量-圧力上昇特性、全圧損失特性
(2)第2段静翼を第1段静翼に相対的にクロッキングさせたときのダクト内音場の変化、放射音場の変化
その結果、ダクト内音場と放射音場では翼列クロッキングによる騒音低減の様子は異なるものの、ある回転数では翼列クロッキングにより最大18dBの騒音低減が得られることが判った。