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

• 研究課題/領域番号: 12555272
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 梶 昭次郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80013704)
• 研究分担者: 渡辺 紀徳 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (10201211)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 13,400千円 (直接経費: 13,400千円); 2002年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2001年度: 4,100千円 (直接経費: 4,100千円); 2000年度: 8,600千円 (直接経費: 8,600千円)
• キーワード: 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 / 超音速輸送機 / 翼通過周波数音 / 超音速度輸送機

研究概要

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。これを音響問題に適用するには、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。その上で、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、重ね合わせの原理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この手法の有効性を実証する。
動翼は全段32枚、静翼は全段38枚に揃え、瀞翼は連続的にまた動翼は1/8ピッチ毎にクロッキングが行えるようにした。
実験結果によれば、静翼をクロッキングさせた場合、翼通過周波数音を最大18dB低減することができた。両段動翼のクロッキングを固定した状態では、騒音低減量はファン回転数に依存して変化するものの、動翼クロッキングと静翼クロッキングを組み合わせることにより、上述と同様に大きな騒音低減量を確保することができた。数値解析でも、実験で得られたのと同様な静翼クロッキングによる翼通過周波数音のレペル変化を説明することができた。