ターボファンからのエンジン騒音を低減するさまざまな方法

May 29, 2024

メーカーは、騒音規制に準拠するために、ターボファン エンジンのさまざまなセクションを入念に調整します。

空港の規制と航空機の認証要件により、運航中の特定の騒音レベルが制限されます。 航空機の騒音のほとんどは、飛行に必要なすべての動力を供給する巨大なエンジンから発生します。 最新の商用ターボファン エンジンは大型で、設定された推力レベルにより多くの騒音を発生します。

ファン、タービン、排気システムは重要なエンジン騒音源です。 排気ジェットからの騒音は、他のエンジン部品よりも大きな要因によって変化します。 排気ジェットの騒音レベルはエンジン速度に依存し、相対的な空気流速度とともに増加します。

騒音の大部分は、排気ガスと大気との乱流の混合によって発生します。 排気騒音は、ジェットと大気との間の相対速度によって引き起こされるせん断作用と結びつきます。 排気速度が音速を超えると、衝撃波により排気の騒音レベルがさらに増加し​​ます。 ゼネラル・エレクトリック（GE）によると、

「現代のエンジンの前部にある大きなファンは、人間が最も不快に感じる 2 つの音、つまり、よりトーンの高いバズソー音と甲高い鳴き声を発生させる傾向があります。また、コンプレッサーとタービン、そして燃料の燃焼プロセスも、排気音は、圧縮された高速ガスが周囲の空気を剪断するため、特にフルパワー時に最も大きな騒音を発します。」

排気付近の高周波騒音を抑える方法はいくつかあります。 騒音効率の高いノズル設計により排気ジェットパターンを変更することで騒音を低減します。 サプレッサーノズルには深い溝があり、大気に対する排気速度に合わせてより高い混合率を実現します。

CFM International の CFM56-5C2 は、連邦航空局 (FAA) の騒音レベル要件を大幅に下回る音響特性を生成する長いダクトの斜流ナセルを備えています。 ノズルの深い波形またはローブにより、排気ジェットと大気との間の接触面積が大きくなります。

波形は、大気に対する排気速度を低下させ、最小限のデルタ (差) を実現します。 ジェットのパフォーマンスが低下すると、OEM が設置できる溝の深さや数が制限されることに注意してください。 したがって、設計者は、望ましいエンジン性能と許容可能な騒音レベルとの間のトレードオフを考慮する必要があります。

エンジンナセルの鋸歯状デザインにより、排気ジェットノイズも抑制されます。 一般的には見られませんが、これらのシェブロンは、ボーイング 737-MAX、747-8、および 787 ドリームライナーに搭載されています。 これらは、エンジンからの排気空気の流れを滑らかにし、整形するように設計されています。 エンジンからの熱気と冷気を混合し、排気によって引き起こされる乱気流や騒音を軽減します。

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ファンとコンプレッサーのセクションでは、回転ブレードと固定ベーンの圧力場と乱流の間の相互作用により、かなりの量の騒音が発生します。 回転コンポーネントと静止コンポーネントの間の相互作用の強さにより、特に低推力設定ではかなりのシアーが発生します。 OEM は、コンプレッサーセクション内で発生する騒音を最小限に抑えるために、吸音パネルとライナーを使用しています。

多孔質のハニカムスキンで構成される吸音ライニングが、フェイスシートとエンジンダクトを分離します。 音響エネルギーを熱に変換しながら、吸収性ライニングが効果的なノイズ抑制を実現します。 音響ライナーによりエンジンの重量と表面抵抗がわずかに増加することは注目に値します。 OEM はまた、エンジン内のコンプレッサーとタービンの各段階で使用されるブレードの形状、間隔、数を改良しており、騒音レベルにさらに影響を与えています。

メーカーがターボファンエンジンの騒音を低減する方法についてどう思いますか? コメント欄でお知らせください。

ライター - オマールは航空愛好家であり、博士号を取得しています。 航空宇宙工学の博士号を取得。 オマール氏は長年にわたる技術および研究の経験を活かし、研究に基づいた航空実務に注力することを目指しています。 仕事とは別に、オマールは旅行、航空現場の訪問、飛行機の観察に情熱を持っています。 カナダのバンクーバーに拠点を置く