JPH1097261A

JPH1097261A - 高温用吸音構造

Info

Publication number: JPH1097261A
Application number: JP8252645A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Watanabe; 忠昭渡辺; Yoshinari Nakamura; 良也中村; Akitatsu Masaki; 彰樹正木; Tsutomu Oishi; 勉大石
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】高温のガスジェットに耐えて熱変形が少な
く、広帯域の騒音を吸音でき、かつ吸水による性能劣化
が少ない高温用吸音構造を提供する。【解決手段】連続した細孔を有する耐熱発泡セラミッ
ク材４を備える。細孔の大きさは、表面張力による水分
の付着量が５０％以下になるように設定されている。ま
た、耐熱発泡セラミック材４は、セラミック系繊維で強
化されたセラミック系複合材料（ＣＭＣ）である。更
に、セラミック材の表面に保持され、前記細孔よりも大
きい目を有する耐熱セラミック製織物６を備える。耐熱
セラミック製織物６は、セラミック系複合材料（ＣＭ
Ｃ）の２次元織り又は３次元織りからなり、繊維の一部
を間引いて穴開き織物を形成し、これにマトリックス材
を含浸或いは蒸着して形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジェットエンジン
の排気ノズル等に用いる高温用吸音構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸音形消音器は、管路の内部に吸音材
（吸音ライニング）を内張り，あるいは挿入し、伝播す
る音波を減衰させて、出口から放射される音響パワーを
小さくする装置である。吸音ライニングには多孔質層，
繊維質層からなる抵抗形と、ハニカムと孔開き板を組み
合わせた，ヘルムホルツ共鳴器構造のリアクティブ形と
がある。

【０００３】抵抗形ライニングは、媒質の粘性，熱伝導
に基づきエネルギーを散逸させるものであり、リアクテ
ィブ形ライニングは、媒質の運動に基づく壁面摩擦，運
動量による損失により、エネルギーを散逸させるもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ジェットエンジンの排
気ノズル等に用いる従来の高温用吸音構造には、耐熱
ファイバ（シリカウール、ロックファイバー、ステンレ
スウール等）を表面板と背面板で支持したもの、或いは
耐熱合金のハニカムと孔開き板からなるリアクティブ
形ライニング（図７に例示する）が用いられている。

【０００５】しかし、の吸音構造では、耐熱ファイバ
間の隙間が小さく、毛細管による吸水性が高く、一旦吸
水するとその除去が困難であり、吸水により吸音性能が
大幅に悪化する問題点があった。また、かかる吸音構造
では、ガスジェット等により繊維（ファイバー）の表面
が飛散しやすい問題点があった。

【０００６】一方、の吸音構造（図７参照）では、高
温（例えば７００〜８００Ｋ以上）の排ガスにより、孔
開き板１や内部のハニカム２やその背面板３が過熱され
たり、大きく熱変形する問題点があった。すなわち、孔
開き板１は例えばステンレスやアルミニウムの板からな
るので、過熱により損傷や熱変形を受け、更にハニカム
２とのロウ付け部が剥がれることがあった。また、この
吸音構造では、吸音できる騒音の帯域が狭く、ジェット
のような広帯域の騒音が消せない問題点があった。更
に、この吸音構造は、型抜きによる孔の製作上の制約
（穴径＞板厚）により、強度維持のために板厚を厚くす
ると穴径が大きくなってしまい、かつ穴の開口率を上げ
るのが困難であり、周波数設計が自由にできない問題点
があった。

【０００７】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高温
のガスジェットに耐えて熱変形が少なく、広帯域の騒音
を吸音でき、かつ吸水による性能劣化が少ない高温用吸
音構造を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、連続し
た細孔を有する耐熱発泡セラミック材を備え、前記細孔
の大きさは、表面張力による水分の付着量が５０％以下
になるように設定されている、ことを特徴とする高温用
吸音構造が提供される。この構成により、発泡材が耐熱
性の高いセラミック材であるため、高温のガスジェット
に耐えて熱変形を少なくすることができる。更に、耐熱
発泡セラミック材の連続した細孔により、広帯域の騒音
を吸音できる。また、この細孔の大きさが、表面張力に
よる水分の付着量が５０％以下になるように設定されて
いるので、雨水等により水分が大量に付着しても、表面
張力が弱いため直ぐに排水し、吸音率を高く保持するこ
とができる。

【０００９】本発明の好ましい実施形態によれば、更
に、前記細孔よりも大きい目を有する耐熱セラミック製
織物を備える。この構成により、表面の耐熱セラミック
製織物により、ガスジェットによる発泡セラミック材の
損傷を防止することができる。

【００１０】また、本発明の好ましい実施形態によれ
ば、前記耐熱セラミック製織物は、セラミック系複合材
料（ＣＭＣ）の２次元織り又は３次元織りからなり、繊
維の一部を間引いて穴開き織物を形成し、これにマトリ
ックス材を含浸或いは蒸着して形成されている。この構
成により、織物であるため、開口率，穴径の自由度が高
く、騒音を内部に導入する目を容易に形成できる。ま
た、耐熱，比強度大，膨張率の小さなＣＭＣであるた
め、高温のガスジェットに曝されながら、内部の発泡セ
ラミック材の損傷を長期間安定して防止できる。特に、
３次元織りの場合、表面板を厚くしても、内部の空隙を
多くすることで、それ自体バルク型吸音材に近い吸音体
とできるため、強度，音響両面での高性能化が図れる。

【００１１】また、前記耐熱発泡セラミック材は、約１
〜２ｍｍの連続した気泡径を有する。この大きさの気泡
径を備えることにより、従来の耐熱ファイバ間の隙間に
比較して十分小さくでき、毛細管による吸水力を低減
し、表面張力による水分の付着量が大幅に減少させるこ
とができる。

【００１２】更にまた、前記耐熱発泡セラミック材は、
表面側の気泡径が大きくかつ背面側の気泡径が小さく構
成されている。この構成は、気泡径の異なる素材の積
層、気泡径が部分的に変化した傾斜機能材、楔状の成形
品等により達成することができ、高い設計の自由度を低
コストで実現できると共に、それ自体バルク型吸音材に
近い吸音体とできるため、強度，音響の両面での高性能
化が図れる。

【００１３】前記耐熱発泡セラミック材は、セラミック
系繊維で強化されたセラミック系複合材料（ＣＭＣ）で
ある、ことが好ましい。この構成により、耐熱，比強度
大，膨張率の小さなＣＭＣであるため、気泡の増加に伴
う強度低下を、ファイバーを混入したＣＭＣ化により防
ぐことができ、かつ形状自立性のあるセラミックスなの
で、組み合わせ，成型（吸音楔型）により、高い設計自
由度を有する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本発
明による高温用吸音構造図である。この図において、本
発明の高温用吸音構造は、連続した細孔を有する耐熱発
泡セラミック材４を備える。また更に、耐熱発泡セラミ
ック材４の細孔よりも大きい目Ａを有する耐熱セラミッ
ク製織物６を備えている。耐熱発泡セラミック材４は、
背面板８に取り付けられ、このセラミック材４の表面に
セラミック製織物６が保持されている。背面板８は、例
えば、耐熱セラミック板であり、ガスが通過しない気密
性を有することが好ましい。この背面板８をセラミック
系複合材料（ＣＭＣ）することが特に好ましいが、本発
明はこれに限定されず、従来と同様の金属板を用いても
よい。

【００１５】耐熱セラミック製織物６は、セラミック系
複合材料（ＣＭＣ）の２次元織り又は３次元織りからな
り、繊維の一部を間引いて隙間Ａを有する穴開き織物を
形成し、これにマトリックス材を含浸或いは蒸着して形
成することができる。背面板８と発泡セラミック材４、
及び発泡セラミック材４とセラミック製織物６はそれぞ
れ相互に密着して保持されている。この密着保持は、セ
ラミック接合材等により接合してもよく、或いは、３次
元織り等により一体的に成形してもよい。また、適当な
機械的手段により単に密着させてもよい。

【００１６】図２は、上述した耐熱セラミック製織物６
の有無による吸音率を比較した試験結果であり、（Ａ）
は表面材がない場合、（Ｂ）は表面材として本発明の耐
熱セラミック製織物６を用いた場合を示している。な
お、各図において、横軸は騒音の周波数であり、縦軸は
垂直入射した騒音の吸音率を示している。図２から、特
に周波数が高い領域で本発明の耐熱セラミック製織物６
を用いることにより、吸音率が高まることがわかる。

【００１７】上述した耐熱発泡セラミック材４は、連続
した細孔を有し、その細孔の大きさは、表面張力による
水分の付着量が５０％以下になるように設定する。例え
ば、はっ水性のあるセラミック材を用い、約１〜２ｍｍ
の連続した気泡を大量に発泡させることにより、軽量化
と吸音特性を向上させると共に、表面張力を下げて、水
分の付着量を５０％以下にすることができる。

【００１８】図３は、図１の耐熱発泡セラミック材の構
成図である。この図において、（Ａ）は積層構造、
（Ｂ）は傾斜構造、（Ｃ）は吸音楔型を示している。こ
の図に示す種々の構造により、表面側の気泡径を大きく
かつ背面側の気泡径を小さく構成した耐熱発泡セラミッ
ク材４を製造することができる。なお、耐熱発泡セラミ
ック材４は、セラミック系繊維で強化されたセラミック
系複合材料（ＣＭＣ）であるのがよい。かかるＣＭＣを
用いることにより、耐熱，比強度大，膨張率の小さなＣ
ＭＣであるため、気泡の増加に伴う強度低下を、ファイ
バーを混入したＣＭＣ化により防ぐことができ、かつ形
状自立性のあるセラミックスなので、組み合わせ，成型
（吸音楔型）により、高い設計自由度を有する。

【００１９】図４は、吸音性能の比較図である。この図
において、縦軸は高度１０００ｆｔをマッハ０．３で飛
行する際の騒音レベルを示している。この図から、本発
明による高温用吸音構造を構成する発泡セラミック材
は、従来のハニカム構造（図７の吸音構造）よりは遙に
吸音性能が高く、従来のファイバと同等程度であるとい
える。

【００２０】図５は、吸水比と吸音率との関係図であ
り、３層構造のＣＭＣからなる耐熱発泡セラミック材４
を用い、水分の付着量を変化させて、吸音率を計測した
試験結果である。なお、この図における吸水比とは水質
量／（発泡セラミック材質量＋水質量）を意味し、上述
した水分の付着量（％）と同一である。この図から、吸
水比が増すにつれて垂直入射吸音率は低下し、吸水比が
０．５７４以上になると、急激に悪化してしまうことが
わかる。従って、広い帯域における騒音吸音率を高く保
持するためには、水分の付着量を５０％以下になるよう
にする必要がある。

【００２１】図６は、吸水比と音響インピーダンスとの
関係図であり、図５と同一の条件による試験結果であ
る。この図から、吸水比０．５７４、０．７２６の場
合、ノーマル音響インピーダンスの特性が大きく変化す
ることがわかる。この原因は、吸水により、ポーラス材
の空隙に水が入り込み、材料の特性が変化するためと考
えられる。従って、この結果からも、水分の付着量を５
０％以下にすることが重要であることがわかる。

【００２２】上述した本発明の構成によれば、表面の耐
熱セラミック製織物６により、ガスジェットによる発泡
セラミック材４の損傷を防止することができる。また、
内部の発泡材４と表面の織物６の両方が耐熱性の高いセ
ラミック材であるため、高温のガスジェットに耐えて熱
変形を少なくすることができる。更に、内部の耐熱発泡
セラミック材４の連続した細孔により、広帯域の騒音を
吸音できる。また、この細孔の大きさが、表面張力によ
る水分の付着量が５０％以下になるように設定されてい
るので、雨水等により水分が大量に付着しても、表面張
力が弱いため直ぐに排水し、吸音率を高く保持すること
ができる。

【００２３】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。

【００２４】

【発明の効果】上述したように、本発明の高温用吸音構
造は、高温のガスジェットに耐えて熱変形が少なく、広
帯域の騒音を吸音でき、かつ吸水による性能劣化が少な
い、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高温用吸音構造図である。

【図２】耐熱セラミック製織物の有無による吸音率の比
較図である。

【図３】図１の耐熱発泡セラミック材の構成図である。

【図４】吸音性能の比較図である。

【図５】吸水比と吸音率との関係図である。

【図６】吸水比と音響インピーダンスとの関係図であ
る。

【図７】従来の高温用吸音構造図である。

【符号の説明】

１孔開き板２ハニカム３背面板４耐熱発泡セラミック材６耐熱セラミック製織物８背面板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大石勉東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229 石川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続した細孔を有する耐熱発泡セラミッ
ク材を備え、前記細孔の大きさは、表面張力による水分
の付着量が５０％以下になるように設定されている、こ
とを特徴とする高温用吸音構造。
【請求項２】更に、前記細孔よりも大きい目を有する
耐熱セラミック製織物を備える、ことを特徴とする請求
項１に記載の高温用吸音構造。
【請求項３】前記耐熱セラミック製織物は、セラミッ
ク系複合材料（ＣＭＣ）の２次元織り又は３次元織りか
らなり、繊維の一部を間引いて穴開き織物を形成し、こ
れにマトリックス材を含浸或いは蒸着して形成されてい
る、ことを特徴とする請求項２に記載の高温用吸音構
造。
【請求項４】前記耐熱発泡セラミック材は、約１〜２
ｍｍの連続した気泡径を有する、ことを特徴とする請求
項１に記載の高温用吸音構造。
【請求項５】前記耐熱発泡セラミック材は、表面側の
気泡径が大きくかつ背面側の気泡径が小さく構成されて
いる、ことを特徴とする請求項１に記載の高温用吸音構
造。
【請求項６】前記耐熱発泡セラミック材は、セラミッ
ク系繊維で強化されたセラミック系複合材料（ＣＭＣ）
である、ことを特徴とする請求項１に記載の高温用吸音
構造。