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ームー企一‑ . ‑ l ' 一一」一一 ̲ c ̲ ...iI

5  wi nd  vel oci t y  v ( m/  s) 

図‑ 4 風速区分ごとの平均出力係数

( 短期)

図

‑ 5

風速区分ごとの平均出力係数

(長期)

図‑ 6 エ ネ ル ギ 一 変 換 効 率

5 .

結

さb E問

ｊｾ

( 1)   強風時においては，風車出力の風況変動に対する応答性はかなり良好であり， そ れ は 風 車

出 力 ， 風 速 の 時 系 列 デ ー タ お よ び 変 動 成 分 の ス ペ ク ト ル 解 析 の 結 果 か ら 明 ら か で あ るO

(2)  実用上の出力係数は平均値で求められるべきであるが， 平 均 の と り 方 で 出 力 係 数 の 意 味 と

その値とが異なってくる。

( 3)   短 期 観 測 に よ っ て 風 車 の 性 能 を 議 論 す る 場 合 ， 供 試 風 車 に 対 し て デ ィ ジ タ ル 記 録 の サ ン プ

リング周期] は1秒以下に短かくする必要はないことがわかり，観測期間が長けれ〆ばサンプリ

ング同期は

6 0

秒 程 度 で も 風 車 出 力 係 数 の i汗価ができるO こ れ に よ っ て ， 長 期 間 の 観 測 に お い

て膨大なデータの処理を避けるためには， ど の 程 度 粗 い サ ン プ リ ン グ 同 期 で 観 測 す れ ば よ い

か， その指針が得られるO

141  平 均 出 力 を 予 測 す る た め の 要 因 と し て ， 観 測 期 間 全 体 の 平 均 風 速 を 用 い る こ と が で き るO

(51  短 期 間 の デ ー タ の み で 長 期 に わ た る 出 力 予 測 を 行 な う こ と は 困 難 で あ るO

(昭和

60

年

5

月

2 1

日 受理)

謝 百字

本研究を行なうに当って，当時学生で、あった小野寺茂，赤根敏文，佐藤裕および細矢束豪の諸

君の助力を得たので， ここに感謝の意を表するO ま た 実 験 室 の 高 橋 敏 則 技 官 に は ， デ ー タ 処 理 で

ＵＵｾＵＷ

の補助によるものであることを付記する。

61 

奥田教海・山岸英明

文 献

1) 奥田・ほか，機講論No. 780ー15， P.  233 ( 978)   2) 奥田・ほか，機講論NO. 782‑ 2 ， P. 58   ( 978)   3) 奥田・ほか，機講論No. 790‑ 1O， P. 181   ( 1979)   4)  奥田・ほか，機講論No. 81O‑ 1 5， P. 79 (l98l) 

6 2  

衝撃による円柱ラムの放射音特性

西 国 公 至 ・ 吉 井 俊 明 *

I m pact   S ound  Radi at ed  f r om   t he  E nd Sur f aces  o f  a R a m    

Kohshi   N I SH I D A   and  Toshi aki   YO SH I I  

Abs t r a c t  

In t hi s paper， t he p'r essur e  wa v e   f or m  of  t he i mpact   s ound  is  di scussed  t heoret i cal l y and  exper i ment al l y， 

whi c h  is r adi at ed  f r om  t he  end  sur f aces  of  ar a m    in t he  def or mat i on  pr ocess  of  ab i l l et.  T he   i mpact   s ound  ma y   be  at t r i but ed to ai r pul ses  caus ed  by   t he  s udden  accel er at i on  of   t he  r am.   T he   i mpact   s ound  wa v e   at afi el d    poi nt   is  cal cul at ed by   s uper i mpos i ng  t hose  emi t t ed f r om  t he di vi ded  smal l   el ement ar y  ar eas  of t he  end  sur‑

f aces.  In t he cal cul at i on， it  is as s umed  t hat   t he  appr oxi mat e  accel er at i on  of   t he  r a m  changes   si nusoi dal l y， and  t hat   t he  shel t er  ef f ect   due  to t he  r a m  can  be  i gnor ed  whe n  t he  wa v e   l engt h  of   i mpact   s ound  is l ar ger   t han  t he  di mens i ons   of  t he  r a m 

T he   s uper i mpos ed  s ound  pr essur e  wa v e   f or ms   agr ee  f ai rl y wel l   wi t h  t hose  meas ur ed  by   l abor at or y  exper i   ment， and  s how  f ai rl y  wel l   t he  c hange  of   wa v e   f or ms   due  to  di f f erent   meas ur i ng  poi nt s.  

1

.

 

緒 昌

機 械 や 構 造 物 か ら 発 生 す る 騒 音 の 中 で も 2つ の 構 成 要 素 間 の 衝 突 に 起 因 す る 衝 撃 音 の し め る 割 合 は 比 較 的 大 き く ， ま た ， 衝 撃 音 の 騒 音 レ ベ ル は 一 般 に か な り 大 き な も の と な っ て い る 。 こ の

ために，機械騒青の低減を考える場合に，基本的な衝撃音の発生機構や放射される衝撃音の特↑ 生

を 把 振 し て お く こ と が 重 要 で あ る 。 こ れ ま で に 衝 撃 音 に 関 す る 研 究 は 数 多 く な さ れ て い る が ， 以 下 の よ う な 研 究 例 を あ げ る こ と が で き るO

基 礎 的 な モ デ ル に よ る 2つ の 物 体 問 の 弾 性 衝 突 に よ っ て 放 射 さ れ る 衝 撃 音 に 関 す る 研 究 と し て，球と球の衝突I )2)に よ る パ ル ス 状 の 衝 撃 音 に 関 す る 研 究 ， 球 と 平 板 の 衝 突3) または球と円柱

の衝突4)によって発牛ーするパルス状の衝撃音と，それに続いて発生する自由振動音に関する研究

な ど が あ げ ら れ る 。 ま た ， 衝 撃 圧 縮 時 の ピ レ ッ ト の 横 膨 張 変 形 に と も な う 衝 撃 音 の 理 論 的 研 究 が

H odgson

⁵) ら に よ っ て 行 わ れ て い る が ， 実 験 に よ っ て こ の 膨 張 音 を 分 離 測 定 す る こ と は 困 難 で あ ろ う 。 次 に 実 際 の 機 械 要 素 を 対 象 と し た も の と し て ， 歯 車6)7)   8)ゃ玉軸受9) に関する衝撃音の研究 が あ げ ら れ るO さ ら に ， 実 際 の 機 械 ま た は モ デ ル を 対 象 と し た も の と し て ， プ レ ス10)や 鍛 造

本 北 海 道 電 力K. K

63 

西 国 公 至 ・ 吉 井 俊 明

機II1に よ る 放 射 音 の 研 究 が あ げ ら れ るO 実 際 の 機 械 や 機 械 要 素 の 場 合 ， い く つ も の 発 育 機 構 が 関 係 し て い る た め ， 発 生 騒 音 の 音 庄 波 形 は 複 雑 と な る が ， 関 与 し て い る 側 々 の 発 音 機 構 お よ び そ れらに基づく放射特性を知ることが基本的に重要であろう。

本 研 究 で は ， 白 山 落 下 す る 円 柱 ラ ム が ど レ ソ ト に 衝 突 す る と き に ， ラ ム の 端 面 か ら 放 射 さ れ る パ ル ス 状 衝 撃 音 の 汗 正 波 形 の 特 性 お よ び 測 定 位 置 に よ る 影 響 に つ い て ， 理 諭 的 検 討 と 実 験 と の 両

面

i

から研究を行った。

2. 円柱ラム衝撃音の理論的検討

2 ‑ 1  

国 体 振 動 に よ る 放 射 音

個体が空気中で振動するとその表面

i

に隣接する空気には同じ振動数のj疎密波，すなわち音波が

発 生 す る 。 表 面 積Sの 微 小 青 j原が速度振幅V で振動するとき，放射される音二波の音圧pは次式

で表わされる。 121

/ ρQ ハ)1 ωt ‑k r )¥ 

P =  Jω  47rr   (1  )  

ここで， ω は角振動数， ρは空気密度， Qは体積流でQ=  SVで定義され音源の強さを表わす。

t は時間， kは波長定数で音速をC とすると k= ω / c と表わされる。また rは微小音波; と測定

点、との距離を表わす。式( 1) を体積流の定義を用いて表わすと次式となるO

/ ρS ¥1ハ)1ω t kr )   ¥ 

P =  J ω

日石川 )  

^{( 2)}  

Jω は 時 間 に 関 す る 微 分 因 子 で あ る か ら ， 式( 2)は 音 圧 が 音 源 の 振 動 加 速 度 に 比 例 す る こ と を 示 し

ているO すなわち，振動加速度を u( t) で表わすと測定点の音圧は次式で表わされる。

ρs  

p

二 万 ; : ‑

u 

t   (

_ＭｾＩ＠ ^{( 3)}  

こ の 式 か ら 明 ら か な よ う に ， 音 圧 の ピ ー ク 値 は 加 速 度 の 最 大 値 に 比 例 す る こ と が わ か るO もし， 微 小 音 源 か ら の 音 が ， 音 源 を 含 む 無 限 パ ヅ フ ル 板 の 片 側 の 半 空 間 の み に 放 射 さ れ る 場 合 に は ， 式 ( 3)は次のようになるO

ρs  

p

ニ 三 五 子

u

( t  

_ＭｾＩ＠ ⁽⁴⁾ 

2 ‑ 2  

ラム端面からの衝撃音

円 柱 ラ ム が そ の 中 心 線 に 沿 っ て 垂 直 に 落 下 し ， ア ン ピ ル 上 に 置 か れ た f[j 柱 ピ レ ソ ト を 衝 撃 に よ っ て ， 高 速 圧 縮 変 形 さ せ る 場 合 を 考 え る 。 ピ レ ッ ト の 変 形 過 程 に お い て ， ラ ム は ビ レ ァ ト か ら 変

形 抵 抗 を 受 け る 。 し た が っ て ラムとビレソトが接触している間は ラムにはビレットの変形抵

抗力に基づいた加速度が作用し，ラムの両端而からパルス状の衝撃音が放射されることになる。

この場合，ラム上端! 面に接する空気は密となり，下端耐のところでは疎となるO すなわち，ラム

64 

衝撃による円柱ラムの放射音特性 の両端面から放射される音波は互いに逆位相とな

っている。ピレットのす法よりラムがはるかに大 きい場合を考え，ラムは剛体と仮定する。したが って，ラムの半径方向への音の放射は考えない。

測定点における音圧波形はラム両端面から放射さ れた音波の干渉波形として得られることになり，

測定点位置によって異るO 一つの端面から放射さ

れる音圧波形は次のようにして求めることができ る。測定点に到達するラム端面からの放射音の音 圧は，端面上の各微小面素を音源として，それら の微小音源から放射された音圧の重ね合せとして 考えることができる。測定点の位置および微小面

素の分割方法を図l に示す。図示の測定点位置の

とり方はラムが自由落下方式であることを考慮し

たためである。 x軸に沿ってラムの端面の直径を

2 n等分するO 次に， Mo点とそれぞれの分割点と の距離を半径とし， Mo点 を 中 心 と す る 円 弧 に よ っ て ， 端 面 を 微 小 な 面 素Si に 分 割 す る 。 こ の よ う な 分 割 に よ れ ば 番 目 の 面 素Si に 対 す る 半 径Ri の 円 弧 上 の 各 点 か ら 測 定 点 に 至 る 距 離 は 等 し く r j となる。 ラムの上端面から放射された音の一部は端面周辺から 側面領域，さらには下端面領域へと回折すると考えら れるが，放射音の波長がラムの形状寸法と比較して大 きければ，ラムの存在の影響による遮蔽効果はないも の と し て 近 似 で き る 。 し た が っ て 測 定 点Mにおける 音 圧p は微小面素Sl か ら の 音 波 が 測 定 点 に 到 達 し た

瞬間を時間の原点にとれば，式

(3 )

を用いて次のように

表わされる。

ρ 又 A

p=1

耳 石 1 Ju (t ヂ )

ｉＲ ｾｄ＠ ¹ J R; 2 +_ｘｾ＠  ‑ ( D /2) "(  

ｓＮ］ＭｾｒＮ｣ｯｳｃｬＢ｣＠ ' ^c  _{ＧｾＧｾＧｽ＠}

n ‑‑C  • • • 2X 

e R.  D  

Xcニ R，，

+ Z

r; 凶? 司豆

X 

H

。

刊

x  

中D

図‑ 1 ラム放射面の面要素分割

r  e 

+U  3T  

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jp   au  

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誼ロけUGU‑‑・i

一平︑m

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‑ER 

A‑  A 

(5) 

Gui de ‑ r a i l s  

/  

図‑ 2 衝 撃 実 験 装 置

65 

西田公至・吉井俊明

s r j = rj 一r

，

D はラムの直径， hはラム上端面を含む平面からの測定点への垂直距離を表わす。ラムがピレッ

ト と 接 触 し て い る 関 に 受 け る 加 速 度 は 近 似 的 に 半 波 長 の 正 弦 波 に よ っ て 表 わ さ れ る も の と 似 定 し，式( 5)の色(t) として次式を用いる。

白(t) =  A 

I

si

片  

t • ^o' (t) 

+

si n

  与

(t ‑ ' c)

・

o' (t ーに) f  

(6)  ただl ，

"1

，¥ ̲  10;  t

<

  0

 

 

h S( t ) =i l  ，t 注O

ここに

'c

はラムとピレットの接触時間を表わし， A はラムの加速度振幅を表わす。ラム上端

面の位置にパッフル板を設け，下端面からの放射音の影響を除いた場合を考えると，上端面から

の放射音は半空間のみに伝搬するため，音圧は式( 5)の係数の4π を2π と置き換えることにより求

められる。ラム両端面からの放射音が測定点に到達する場合の音圧は，それぞれの放射音が逆位

相であることを考慮して，式(5)および式(6)から求めることができる。

3.

実験装置および実験方法

円柱ラムの端面衝撃における放射音の実験装置を

図

2

に示す。ラムは落下高さが調整可能な電磁石に

より，所定の高さに保持されている。電磁石田路を 切 る と 同 時 に ， ラ ム は ガ イ ド レ ー ル に 沿 っ て 落 下 し，アンピル上におかれたどレットに衝突する。ラ ム と ピ レ ッ ト 聞 に は ト リ ガ ー 導 通 回 路 が 設 け て あ り，その電圧変化は記録され，接触時間の測定に用

いられる。ラムはS 45C の鋼製で焼入れ硬化後，端

面研削仕上げをしたもので，直径70mm，長さ 67mm， 質量1 .97kg の も の と 直 径 70mm，長さ166mm， 質 量 4. 94kg のものを用いている。ピレットは直径および 長さが，それぞれ， 持12X 12mm，持16 X16m  mおよび

o

9

 

X   16凹 の3 種 類 を 使 用 し ， い ず れ も 鋼 製( SS

41) で両端面は研削仕上げされている。また，アン

ピル部は直径 70mm，長さ 150mmの 円柱 部 分 と支 台 か

図‑ 3 ラムの放射音測定系

ら成っており，全質量は 80kg である。ラムの落下高さは最高 1400mmとなっている。図 3に本実験

で用いた測定系を示す。衝撃音の音圧波形，ラムとピレ 7 トの接触時間およびピレットの衝撃変

66 

ドキュメント内 Science and Engineering 35 (ページ 64-81)