ジェットエンジンの騒音は、高速でエンジンから出る空気の乱れによって発生します。この乱流は、可聴周波数スペクトル内にある圧力波を生成し、聴覚を引き起こします。効果を悪化させるその他の要因は、翼、尾翼、着陸装置の周りの乱気流、およびパネルの振動です。
空港の近くに住む人々は、ストレス、記憶障害、さらには心臓病にかかりやすくなっています。これらの病気は、絶え間なく耳を詰まらせる圧倒的な騒音公害によってもたらされます。私たちは皆、窓や家具を恐怖で震わせる飛行機の轟音をよく知っています。うるさいジェット機から怒鳴られると、騒音ははるかに不快になります.
アイアンマンを思い出します。
ジェット機の音は非常に大きいので、自然の雲の横に人工の雲の厚い跡を残して空の最上層を突進するときでさえ、鋭く突き刺すような騒音がはっきりと聞こえます。実際、ジェット機の騒音は 140 デシベル (音の強さを測定する単位) であり、聴覚組織に損傷を与えるレベルはわずか 40 デシベル、最大の騒音レベルは 54 デシベルしかありません。しかし、このノイズの原因は何でしょう?
エンジン
この信じられないほどのラケットを駆動するものを理解するには、まずジェット自体を駆動するものを理解する必要があります.ジェット機のエンジンは、いくつかの異なる部品に分解できます。最初の部分はファンで、空気を吸い込む役割を果たします。ブレードは、エンジン内の大量の空気を誘い込み、飲み込むように工夫されています。その後、空気は圧縮機に送られ、空気が圧縮されて燃焼しやすくなります。コンプレッサーは、ファンと同様に、空気分子を操作してより狭いスペースに詰め込むように巧みに設計されたブレードで構成されています。ジェットのコンプレッサーは、元の圧力の最大 12 倍まで空気を圧縮します!
(写真提供:Jeff Dahl / Wikimedia Commons)
可燃性の空気は燃焼室に送られ、そこで燃料が噴射されます。電気火花が混合物に火をつけます。瞬時に膨張して燃焼するガスは、出口を見つける必要がありますが、入ってくる空気のためにファンから出ることができません。代わりに、ガスはエンジンの反対側のノズルから排出されます。この力は、ニュートンの運動の第 3 法則によると、ジェットを反対方向に押し出すための等しい反対の力を生成します。この装置には、高温ガスの突風によって回転するブレードを備えたタービンが付属しています。タービンは、ファンとコンプレッサーにも固定されており、回転し続けます。
速度の違い
ファンから空気がエンジンに流入するときと、燃焼ガスがノズルから噴出するときです。このような法外な速度でのガスの流れは、周囲の空気に悪名高い乱気流を作り出し、大量の圧力波を無計画に伝達します。音とは、単に空気などの媒体を伝わる圧力波ではないでしょうか?
たとえば、扇風機の 1 つの回転するブレードが大量の空気を通過させるとき、わずかではありますが圧縮されます。しかし、一回転して元に戻る前に空気圧が回復します。しかし、ファンが 1 周すると、周囲の空気が再び圧縮されます。ファンが回転し続けると、圧縮と回復のサイクルが続きます。ジェット機のエンジンのファンはなんと 20,000 RPM で回転するため、これらの変化の頻度は非常に高くなります。
音は、空気などの媒体を圧力波として伝わる単なる振動です。
同様に、反対側のガスが瞬時に指数関数的に膨張すると、無秩序な擾乱または流れの乱れがあらゆる場所に圧力波をブロードキャストします。この障害の周波数が可聴周波数スペクトル内にある場合、聴覚が感じられます。非常に大きな音。効果を悪化させるその他の要因は、翼、尾翼、着陸装置の周りの乱気流、およびパネルの振動です。
乱気流の騒音と謎を抑える
このノイズの強度を下げるために、エンジニアはエンジンの最後にミキサーまたはハッシュ キットを取り付けることがよくあります。ミキサーは高温のガスを低温の空気と混合し、燃焼室の周りを流れて点火されたガスの温度を下げ、速度を低下させます。もちろん、これはジェット機の性能に影響しますが、エンジニアが受け入れなければならない妥協点です.
ジェット エンジンのミキサーとハッシュ キット (写真提供者 :Alf van Beem / Wikimedia Commons)
うなり音を減らす別の方法は、膨張したガスの乱流がより制御されるように、より長いノズルを使用することです。繰り返しますが、その結果、ジェットの速度は低下しますが、強度の低下は約 15 デシベルです。これはわずかな変化のように聞こえるかもしれませんが、デシベル スケールは対数であるため、実際の減少は計り知れません。結論は、ジェットが遅いほど静かになるということです。
このような強力な音波の生成に関与するのは、ノズルから出て、外部の低速の空気に衝突する高速の空気によって引き起こされる乱気流です。物理学者は、大きな騒音を「乱流変動の増幅」と説明しています。乱気流自体を説明するものについては、まだ当惑しています。乱流の混沌とした性質は、古代から物理学者を困惑させてきました。しかし、ジェット エンジンに激しく流れ込む空気は、驚くほど秩序だった音場を生成するため、これらのエンジンを研究することは、乱気流そのものを研究する機会となります。
乱気流の混沌とした性質は、古代から物理学者を困惑させてきました。
しかし、進歩は実質的ではありませんでした。その気まぐれな性質の目的は、いまだにわかりません。乱流を研究している物理学者の窮状は、ノーベル賞受賞者のヴェルナー・ハイゼンベルグがコミカルに次のように述べたときに、完璧に説明されました。そして、なぜ乱気流？私は彼が最初に答えを持っていると本当に信じています。」
