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明細書 :音響試験設備及びこれに用いられるジェットノズル

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第3603088号 (P3603088)
公開番号 特開2003-066970 (P2003-066970A)
登録日 平成16年10月8日(2004.10.8)
発行日 平成16年12月15日(2004.12.15)
公開日 平成15年3月5日(2003.3.5)
発明の名称または考案の名称 音響試験設備及びこれに用いられるジェットノズル
国際特許分類 G10K 11/22      
F02K  9/96      
H04R 29/00      
FI G10K 11/22 Z
F02K 9/96
H04R 29/00
請求項の数または発明の数 12
全頁数 13
出願番号 特願2001-252744 (P2001-252744)
出願日 平成13年8月23日(2001.8.23)
審査請求日 平成13年8月23日(2001.8.23)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】503361400
【氏名又は名称】独立行政法人 宇宙航空研究開発機構
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
発明者または考案者 【氏名】三枝 博
【氏名】上田 匡
個別代理人の代理人 【識別番号】100064296、【弁理士】、【氏名又は名称】高 雄次郎
審査官 【審査官】松澤 福三郎
参考文献・文献 実開昭62-094397(JP,U)
特開平01-207798(JP,A)
実開昭51-115682(JP,U)
特開昭56-6024(JP,A)
調査した分野 G10K 11/22
F02K 9/96
H04R 29/00
特許請求の範囲 【請求項1】
拡散音場が作られ供試体が置かれる反響室と、該反響室に高周波成分の音圧スペクトルを発生させる音響変換器と、該音響変換器に圧縮空気を供給する空気圧発生装置と、反響室の音圧を計算機に取り入れこれに基いて信号発生器を制御して信号を発生させ、この信号を増幅して前記音響変換器に駆動信号として送り、反響室に噴出する圧縮空気流量を制御して反響室内に発生させる高周波成分の音圧スペクトルを制御する音響制御装置とより成る音響試験設備において、前記空気発生装置から音響変換器に供給される圧縮空気を分岐路にて分岐して反響室内にジェット流として噴出させる高圧空気噴出装置を設けると共に、該高圧空気噴出装置への圧縮空気の分岐路の途中に前記音響制御装置の計算機からの制御信号により開度が制御される調圧弁を設けて成ることを特徴とする音響試験設備。
【請求項2】
請求項1記載の音響試験設備における高圧空気噴出装置に用いられるものであって、反響室内にあって圧縮空気が供給される分岐路の先端に設けられ、圧縮空気を反響室内に噴出する直前に絞り込むように構成されていることを特徴とするジェットノズル。
【請求項3】
請求項2記載のジェットノズルが、クランク型に2段に曲げられていることを特徴とするジェットノズル。
【請求項4】
請求項2記載のジェットノズルが、L型に曲げられ、先端開口近傍の内側にスポイラーが設けられているものであることを特徴とするジェットノズル。
【請求項5】
請求項2記載のジェットノズルが、一方に先細のノズル本体を配し、これに対向して他方に制止板を配して噴出するジェット流の障害となるようにしたものであることを特徴とするジェットノズル。
【請求項6】
請求項2記載のジェットノズルが、相対向して先細のノズル本体を装着して噴出するジェット流を衝突させるようにしたものであることを特徴とするジェットノズル。
【請求項7】
請求項5または6に記載のジェットノズルにおいて、先細のノズル本体が、口径が変えられるように、及び対向するものとの間隔が変えられるように各種サイズのものが用意されていることを特徴とするジェットノズル。
【請求項8】
請求項3記載のジェットノズルにおいて、ノズル出口の断面積が、ノズル出口付近に設けられアクチュエータにより動作するシャッタで変更可能になされていることを特徴とするジェットノズル。
【請求項9】
請求項4記載のジェットノズルにおいて、ノズル出口の断面積が、スポイラーと背中合せに設けられアクチュエータにより動作するシャッタで変更可能になされていることを特徴とするジェットノズル。
【請求項10】
請求項5又は6記載のジェットノズルにおいて、ノズル本体の出口の断面積が、ノズル本体出口付近に設けられアクチュエータにより動作するシャッタで変更可能になされていることを特徴とするジェットノズル。
【請求項11】
請求項5又は6のいずれかに記載のジェットノズルにおいて、先細のノズル本体がスライド可能になされ、この先細のノズル本体がアクチュエータにより進退せしめられ対向するものとの間隔が変更可能になされていることを特徴とするジェットノズル。
【請求項12】
請求項11記載のジェットノズルにおいて、ノズル本体の先端部にスライド可能に接続されたパイプの先細出口の断面積が、アクチュエータにより動作するシャッタで変更可能になされていることを特徴とするジェットノズル。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、ロケット等の音響試験設備及びこれに用いられるジェットノズルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、ロケットの打ち上げや飛しょう時には、エンジンや機体の周囲から強音響が発生し、搭載されている人工衛星などに影響を与える。そこで、予め地上で、実際に近い音響環境を作り出し、人工衛星などが音響に耐えられるか、どんな振動が起きるかを調べる為に、音響試験設備が使用される。
【0003】
音響試験設備の概要を図14によって説明すると、1は拡散音場が作られ人工衛星などの供試体2が置かれる反響室で、この反響室1内に供試体2を載置したり、棟内移動する搬入台車3が配されている。4は反響室1内に高周波成分の音圧スペクトルを発生させる音響変換器、5は音響変換器4へ圧縮空気供給路6を通して圧縮空気を供給する空気圧発生装置で、電動機7とそれにより駆動される圧縮機8とから成る。9は反響室1内の音圧スペクトルレベルを制御する音響制御装置で、計算機10とそれにより制御される信号発生器11とから成り、反響室1内に設置したマイクロフォン12から音圧信号を計算機10に取り入れ、この音圧信号に基いて信号発生器11を制御して信号を発生させ、この信号を増幅器13で増幅して音響変換器4へ駆動信号として送り、音響変換器4の空気室14からホーン15へ噴出する圧縮空気流量を制御し、反響室1内に発生させる高周波成分の音圧スペクトルを制御するようになっている。
【0004】
前記空気室14からホーン15へ噴出する圧縮空気流量を制御する音響変換器4は、図15に示すようにホーン15の基端に固定スリット16が設けられ、この固定スリット16に対向して空気室14内に可動スリット17が上下動可能に設けられ、前記増幅器13からの駆動信号としての電気信号により可動スリット17が上下動せしめられ、固定スリット16の開口面積を変化させ、そのスリット16から圧縮空気を噴出し、音響を発生させるものである。図16は、tで電気信号V=Vの時、可動スリット17が最大限上昇して固定スリット16と一致し、固定スリット16が全開して圧縮空気流量が最大限となった状態を示す。図17は、tで電気信号V=V=0の時、可動スリット17が下降し、固定スリット16が半分閉じられて圧縮空気流量が半減した状態を示す。図18は、tで電気信号V=Vの時、可動スリット17が最大限下降し、固定スリットが16が全閉せしめられて圧縮空気流量が僅かな漏洩だけとなった状態を示す。
【0005】
ところで、前記音響試験設備の音源として使用されている音響変換器4で制御できる高周波数域は最大1.25KHzであり、音響試験で必要とする10KHzまでの周波数成分は、1.25KHzまでの高周波として発生する音の成り行きに任せるしかなく、高周波数域の音響スペクトルに対しては目標音圧スペクトルレベルの許容範囲を広げて試験を実施していた。従って、10KHzまでの周波数成分を発生させる必要がある音響試験の精度は良好とは言えなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、音響変換器でカバーできない高周波数域の音を、大パワーでしかも自動制御して発生させることができるように改善した音響試験設備及びこれに用いられるジェットノズルを提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の音響試験設備は、拡散音場が作られ供試体が置かれる反響室と、該反響室に高周波成分の音圧スペクトルを発生させる音響変換器と、該音響変換器に圧縮空気を供給する空気圧発生装置と、反響室の音圧を計算機に取り入れこれに基いて信号発生器を制御して信号を発生させ、この信号を増幅して前記音響変換器に駆動信号として送り、反響室に噴出する圧縮空気流量を制御して反響室内に発生させる高周波成分の音圧スペクトルを制御する音響制御装置とより成る音響試験設備において、前記空気圧発生装置から音響変換器に供給される圧縮空気を分岐路にて分岐して反響室内にジェット流として噴出させる高圧空気噴出装置を設けると共に、該高圧空気噴出装置への圧縮空気の分岐路の途中に前記音響制御装置の計算機からの制御信号により開度が制御される調圧弁を設けて成ることを特徴とするものである。
【0008】
本発明のジェットノズルは、上記音響試験設備における高圧空気噴出装置に用いられるものであって、反響室内にあって圧縮空気が供給される分岐路の先端に設けられ、圧縮空気を反響室内に噴出する直前に絞り込むように構成されていることを特徴とするものである。
【0009】
上記本発明のジェットノズルは、クランク型に2段に曲げられているものと、L型に曲げられ先端開口近傍の内側にスポイラーが設けられているものと、一方に先細のノズル本体を配しこれに対向して他方に制止板を配して噴出するジェット流の障害となるようにしたものと、相対向して先細のノズル本体を装着して噴出するジェット流を衝突させるようにしたものとがある。先細のノズル本体は、口径が変えられるように、また対向するものとの間隔を変えられるよう各種サイズのものが用意されている。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の音響試験設備及びこれに用いられるジェットノズルの実施形態について説明する。先ず音響試験設備を図1によって説明するが、この音響試験設備は、図9によって説明した従来の音響試験設備を改善したもので、図1中の変更しない同一構成部分には同一符号を付してあるので、その説明は省略する。改善した部分について説明すると、空気圧発生装置5から圧縮空気供給路6を通して音響変換器4に供給される圧縮空気を分岐路18にて分岐して反響室1内にジェット流として噴出させる高圧空気噴出装置19を設けると共に、この高圧空気噴出装置19への圧縮空気の分岐路18の途中に音響制御装置9の計算機10からの制御信号により開度が制御される調圧弁20を設けている。
【0011】
上記本発明の音響試験設備における高圧空気噴出装置19には、ジェットノズルが用いられるもので、このジェットノズルは反響室1内にあって、圧縮空気が供給される分岐路18の先端に設けられ、圧縮空気を反響室1内に噴出する直前に絞り込むように構成されていることを特徴とするもので、以下にジェットノズルの各種の具体例を図によって説明すると、図2のジェットノズル21は、反響室1内でクランク型に2段に曲げられた角パイプ22より成るものである。図3のジェットノズル23は、反響室1内でL形に曲げられた角パイプ24の先端開口25の近傍の内側にスポイラー26が設けられて成るものである。図4のジェットノズル27は、反響室1内で、一方に先細のノズル本体28を、分岐路18の先端に連結したマニホールド29の一側に接続せるU字管30の先端に着脱可能に装着し、このノズル本体28に対向して他方に制止板31を配して、噴出するジェット流の障害となるように構成したものである。図5のジェットノズル32は、反響室1内で、相対向して先細のノズル本体33,33を、分岐路18の先端に連結したマニホールド29の両側に接続せるU字管30,30の先端に着脱可能に装着して、噴出するジェット流を衝突させるようにしたものである。前記の先細のノズル本体28及びノズル本体33,33は夫々口径が変えられるように、また対向する制止板31やノズル本体33との間隔を変えられるように各種サイズのものが用意される。
【0012】
図1に示すように構成した本発明の音響試験設備は、1.25KHz程度までの高周波数域の音源は従来と同様音響変換器4で制御して得るが、1.25KHzを超える高周波数域の音源は高圧空気噴出装置19のジェットノズルから反響室1内に噴出させたジェット流により発生する強音響で得る。高圧空気噴出装置19における図2のジェットノズル21、図3のジェットノズル23、図4のジェットノズル27、図5のジェットノズル32の性能試験を、実験用反響室で行った結果を図6のグラフに示す。このグラフで判るように各ジェットノズルは1.25KHzを超える高周波数域で100dBを超え、10KHz付近では124~134dBの強音響を得ることができた。前記音響試験設備の高圧空気噴出装置19のジェットノズルによる高周波数域の音響スペクトラムの制御は、音響変換器4の計算機制御と連動させることにより、即ち、音響制御装置9の計算機10からの予め設定されたバンド周波数に基づく制御信号により調圧弁20の開度が制御され、これにより自動的に音響スペクトラムが調整される。そのジェットノズルによる高周波数域の音響スペクトラムの自動制御の概要を、図7のフローチャートに示す。
【0013】
然して、音響試験設備の高圧空気噴出装置19のジェットノズルが、図4のジェットノズル27の場合、口径の異なるノズル本体28を用いたり、制止板31との間隔を変えられる長さの異なるノズル本体28を用いたりすることにより、また、図5のジェットノズル32の場合、口径の異なるノズル本体33,33を用いたり、相対向するノズル本体33同士の間隔を変えられる長さの異なるノズル本体33,33を用いたりすることにより、必要とする周波数を制御することができる。そして、各ジェットノズルへの圧縮空気の供給圧力を調整することにより、音圧レベルを制御することができる。図8は図5のジェットノズル32において、圧縮空気の供給圧力を調整して音圧レベルを制御した時の音響特性を示すグラフである。
【0014】
尚、図2のジェットノズル21において、図9に示すようにノズル出口付近にシャッタ34を上下にスライド可能に設け、このシャッタ34をアクチュエータ35により上下動させるようにすると、ノズル出口の断面積を任意に調整できて、必要とする周波数を容易に制御することができる。また、図3のジェットノズル23において、スポイラー26と背中合せに図10に示すようにシャッタ34を水平にスライド可能に設け、このシャッタ34をアクチュエータ35により水平に移動させるようにすると、ノズル出口の断面積を任意に調整できて、必要とする周波数を容易に制御できる。さらに、図4のジェットノズル27及び図5のジェットノズル32において、先細のノズル本体28及びノズル本体33,33の出口付近に、図11に示すようなカメラに装備される型式のシャッタ36を設け、このシャッタ36をアクチュエータ(図示省略)により開度調整するようにすると、ノズル本体28及びノズル本体33,33の出口断面積を任意に調整できて、必要とする周波数を容易に制御できる。また、図4のジェットノズル27及び図5のジェットノズル32において、先細のノズル本体28及び一方のノズル本体33を図12に示すようにスライド可能になし、このノズル本体28及びノズル本体33をアクチュエータ37により進退させてノズル長さを調整するようにすると、ノズル本体28は対向する制止板31との間隔が任意に変更でき、ノズル本体33は対向するノズル本体33との間隔を任意に調整できて、必要とする周波数を容易に制御できる。そしてこの図12に示すようにスライド可能になした先細のノズル本体28及びノズル本体33(この場合は対向するノズル本体33,33の両方)の出口付近に図11に示すようなカメラに装備されるシャッタ36を設け、このシャッタ36をアクチュエータ(図示省略)により開度調整するようにすると、ノズル本体28及びノズル本体33,33の出口断面積を任意に調整できて、対向する制止板31との間隔及びノズル本体33との間隔を任意に変更できることと相俟って、必要とする周波数をより高い精度で容易に制御できる。図9に示すシャッタ34は1枚であるが、図13に示すような2枚のL型シャッタ38でもよく、適宜な形状の3枚以上のシャッタでもよい。また図4のジェットノズル27、図5のジェットノズル32の場合、断面円形であるため、先細のノズル本体28及びノズル本体33,33の出口付近に、図11に示すようなカメラに装備される型式のシャッタ36を設けているが、ジェットノズル27、ジェットノズル32が断面角型の場合は、図9に示すようなシャッタ34や図13に示すようなL型シャッタ38でもよく、また適宜な形状の3枚以上のシャッタでもよい。
【0015】
【発明の効果】
以上の説明で判るように本発明の音響試験設備によれば、従来音響変換器でカバーできなかった1.25KHz以上の高周波数域の音響スペクトルを高圧空気噴出装置により発生させることができるので、精度の良い音響試験を実施することができる。また、本発明の音響試験設備は、音響変換器の計算機制御と連動させて高圧空気噴出装置への圧縮空気の供給量、供給圧力を制御することにより自動的に高周波数域の音響スペクトラムが調整されるので、人為的な制御ミスの防止を図ることができると共に運用性向上を図ることができる。さらに本発明の音響試験設備は、従来の音響試験設備を大幅に改造することなく、音響変換器に供給される圧縮空気を分岐して反響室内にジェット流として噴出させる高圧空気噴出装置と音響変換器の計算機制御と連動して開度が制御される圧縮空気の調圧弁を設けるだけで得られるので、低コストで従来の音響試験設備の問題を解決できる。
【0016】
音響試験設備の高圧空気噴出装置に用いられる本発明のジェットノズルは、反響室内で圧縮空気を噴出する直前に絞り込むように構成されているので、圧縮空気をジェット流として噴出させ、そのジェット流から強音響を発生させ、高周波数域の音源を得ることができる。とりわけ、一方に先細のノズル本体を配してこれに対向して他方に制止板を配して噴出するジェット流の障害となるようにしたジェットノズルや、相対向して先細のノズル本体を装着して噴出するジェット流を衝突させるようにしたジェットノズルにあっては、先細のノズル本体の口径を変えたり、対向するものとの間隔を変えることにより、必要とする周波数を制御することができる。そしてノズル出口の断面積を任意に調整できるようにしたものやノズル長さを任意に調整できるようにして対向するものとの間隔を任意に変更できるようにしたものにあっては、必要とする周波数を容易に制御することができ、特にノズル出口の断面積とノズル長さの両方を任意に調整できるようにしたものにあっては、必要とする周波数を精度よく容易に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の音響試験設備の概要を示す図である。
【図2】本発明の音響試験設備の高圧空気噴出装置に用いられるジェットノズルの一例を示す斜視図である。
【図3】本発明の音響試験設備の高圧空気噴出装置に用いられるジェットノズルの他の例を示す斜視図である。
【図4】本発明の音響試験設備の高圧空気噴出装置に用いられるジェットノズルのさらに他の例を示す斜視図である。
【図5】本発明の音響試験設備の高圧空気噴出装置に用いられるジェットノズルの別の例を示す平面図である。
【図6】図2~図5に示す各ジェットノズルの性能試験結果を示すグラフである。
【図7】ジェットノズルによる高周波数域の音響スペクトラムの自動制御の概要を示すフローチャートである。
【図8】図5のジェットノズルにおいて圧縮空気の供給圧力を調整して音圧レベルを制御した時の音響特性を示すグラフである。
【図9】図2のジェットノズルの変更例を示す斜視図である。
【図10】図3のジェットノズルの変更例を示す斜視図である。
【図11】図4,図5のジェットノズルにおける先細のノズル本体の出口付近に設けられるシャッタの正面図である。
【図12】図4,図5のジェットノズルにおける先細のノズル本体の変更例を示す平面図である。
【図13】図9のジェットノズルにおけるシャッタの変更例を示す正面図である。
【図14】従来の音響試験設備の概要を示す図である。
【図15】音響試験設備における音響変換器のシステム図である。
【図16】図10の音響変換器の可動スリットと固定スリットが一致して固定スリットが全開して圧縮空気流量が最大限となった状態を示す概略図である。
【図17】図10の音響変換器の可動スリットが下降して固定スリットが半分閉じられて圧縮空気流量が半減した状態を示す概略図である。
【図18】図10の音響変換器の可動スリットが最大限下降して固定スリットが全閉せしめられて圧縮空気流量が僅かな漏洩だけとなった状態を示す概略図である。
【符号の説明】
1 反響室
2 供試体
3 搬入台車
4 音響変換器
5 空気圧発生装置
6 圧縮空気供給路
7 電動機
8 圧縮機
9 音響制御装置
10 計算機
11 信号発生器
12 マイクロフォン
13 増幅器
14 空気室
15 ホーン
16 固定スリット
17 可動スリット
18 分岐路
19 高圧空気噴出装置
20 調圧弁
21 ジェットノズル
22 角パイプ
23 ジェットノズル
24 角パイプ
25 先端開口
26 スポイラー
27 ジェットノズル
28 先細のノズル本体
29 マニホールド
30 U字管
31 制止板
32 ジェットノズル
33 先細のノズル本体
34,36 シャッタ
35,37 アクチュエータ
38 L型シャッタ
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8
【図10】
9
【図11】
10
【図12】
11
【図13】
12
【図14】
13
【図15】
14
【図16】
15
【図17】
16
【図18】
17