結 論

自 動 車 の 空 力 騒 音 に 対 し て 様 々 な 角 度 か ら 検 討 を 加 え ， 以 下 の 知 見 を 得 た

8.  1  ~J 離流れによる広帯域音の発生機構

( 1 ) 流 れ の 中 に 存 在 す る 物 体 か ら 発 生 す る 空 力 騒 音 に 対 し て 従 来 提 案 さ れ て い る Curleお よ び Powell‑Howeの 理 論 を 検 討 し た . Powell‑Howeの 理 論 に よ る ， 流 れ 場 の 中 の 渦 に よ る 音 源 は ， 速 度 変 動 を 用 い て 近 似 的 に 表 さ れ る . こ の 式 に よ り 実 験 結 果 を 近 似 的 に 検 証 す る こ と が で き る .

( 2 ) 剥 離 流 れ か ら の 騒 音 の 基 本 的 な 発 生 機 構 を 風 洞 試 験 に よ り 検 討 し た .

、...板上にクサビ状の突起を設置した場合の是Ij離流れから発生する空力騒 音 に は ， 基 本 的 に 次 の 2種 類 が 存 在 す る .

(a)気 流 中 で 発 生 す る 流 体 音 ( 気 流 音 〉

(b)気 流 の 乱 れ に 励 起 さ れ る パ ネ ル 振 動 に よ る 音 (パネル振動音〉

パ ネ ル 振 動 音 は パ ネ ル の 曲 げ 剛 性 が 低 い 場 合 に 低 周 波 数 域 で 支 配 的 と な る . た だ し 曲 げ 剛 性 の 高 い パ ネ ル で も 共 振 周 波 数 で は パ ネ ル 振 動 音 が 発 生 す る . パ ネ ル 振 動 音 の 強 さ は 速 度 の 4乗 に 比 例 し ， 単 極 子 音 源 に 因 っ て お

り ， 気 流 音 の 強 さ は 速 度 の 6乗 に 比 例 し ， 双 極 子 音 源 に 因 っ て い る . ( 3 ) 気 流 音 に つ い て ， 詳 細 に 検 討 し た.前 向 き 段 差 の 角 の 半 径 rが 増 加 し て 角 が 丸 み を 帯 び る ほ ど 気 流 音 の レ ベ ル は 減 少 す る . く さ び 状 の 先 端 を もっ突 起 か ら 発 生 す る 気 流 音 の レベ ル は ， 前 向 き 段 差 の 角 の 半 径 rが Oの 場 合 よ り 低 い . こ の 実 験 に 関 し て Curleの 理 論 で 主 音 源 と さ れ る 平 板 表 面 の 圧 力 変 動 に よ る 寄 与 を 調 査 し た . そ の 結 果 平 板 上 で の 圧 力 変 動 の 相 関 面 積 を 考 慮 し で も ， 本 実 験 に お け る 物 体 形 状 の 違 い に よ る 発 生 音 の 相 対 差 と は 傾 向 が 著 し く 異 な り ， ま た 逆 の 傾 向 の 場 合 も あ る .

( 4 ) 上 記 実 験 に 関 し て Powell‑Howeの 理 論 で 主 音 源 と な る 物 体 に よ っ て

1 2 5  

誘 起 さ れ た 渦 と 近 似 的 に 等 価 な 速 度 変 動 の 強 さ を 調 査 し た . そ の 結 果 本 実 験 に お け る 物 体 形 状 の 違 い に よ る 発 生 音 の 相 対差 と 傾 向 が一致し，定量的 に も 概 ね 対 応 す る こ と を 明 ら か に し た .

(  5 

)上 記

( 3 )

，

( 4 )

よ り ， 流 れ の 中 に 物 体 が置か れ た 場合に 発 生 す る 騒 音 の 音 源 を 調 査 し た り 予 測 す る た め に は ， 一般 的 に は 流 れ 場 の 中 の 渦 ， あ る い は 近 似 的 に は 速 度 変 動 に も 着 目 す べ き で あ る と 考 え ら れ る . 物 体 表 面 上 の 圧 力 変 動 は 計 測 が 比 較 的 容 易 で あ り ， 発 生 音 と 整 合 す る 例 が 多 数 報 告 さ れ て い る が ， そ れ は 渦 が 物 体 に 近 接 し ， 物 体 表 面 上 の 圧 力 に 直 接 反 映

し て そ れ が 支 配 的 に な っ て い る 場 合 に の み 妥 当 性 を 持 つ .

8.  2 

乗 用 車 の ノ ー ズ 形 状 と 発 生 音

( 1 ) 縮 小 模 型 を 用 い た 車 外 音 計 測 に よ り ， ノ ー ズ 形 状 を 変 化 さ せ た 場 合 ， 実 車 の 車 室 内 音 計 測 と 定 性 的 に 同 じ 傾 向 が 得 ら れ た こ と か ら ， 車 体 形 状 の 風 切 り 音 に 対 す る 影 響 は 縮 小 模 型 に よ っ て 把 握 で き る こ と を 確 認 し た .

( 2 ) 縮 小 模 型 の 車 外 音 か ら 実 車 の 風 切 り 音 を 推 定 す る 場 合 ， 下 記 相 似 則 が ほ ぼ 適 用 で き る こ と が 明 ら か と な っ た .

発 生 音 の 強 さ cx車 体 長 さ 2

周 波 数 民 主流速度

一

車体長さ

た だ し 実 車 の 車 室 内 の 音 を 推 定 す る た め に は ， 上 記 相 似 則 に 加 え て ， 音 源 の 分 布 ， 遮 音 性 能 の 車 体 部 位 に よ る 違 い ， 車 室 内 の 吸 音 特 性 等 も 考 慮 す る 必 要 が あ る

( 3 )ノ ー ズ が短 い ほ ど 風 切 り 音 は 大 き く な る そ れ は ノ ー ズ が 短 く な る に 従 い ， ノ ー ズ か ら フ ロ ン ト ピ ラ ー に か け て の 風 速 が 増 加 す る た め で あ り ， 実 車 の 局 所 的 な 音 の 強 さ ( 車 室 内 〉 と 風 速 の 関 係 は ， 双 極 子 音 源 の 特 性 で あ る 速 度 6乗 則 に 概 ね 従 う .

8.  3 

空力騒音 に 対 す る ウ エ ザ ス ト リ ッ プ の 遮 音 性 能

( 1 )多 重 壁 の 遮 音 理 論 を 用 い ， 複 雑 な ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の 断 面 を ， 形 状 の 異 な る 多 重 壁 が 並 列 に 並 ん だ 壁 と し て モ デ ル 化 す る ， 透 過 損 失 予 測 法 を 開 発 し た .

( 2 ) 残 響 箱 と 音 響イ ン テ ン シ テ ィ 計 測 を 用 い る こ と に よ り ， ウ ェザス ト リ ッ プ 程 度 の 小 さ な サ イ ズ の ス ポ ン ジ 板 で も ， 透 過 損 失 の 予 測 と し て 質 則 が 適 用 で き る こ と を 実 験 的 に 示 し ， 単 体 計 測 が 可 能 で あ る こ と を 確 認 し fこ.

( 3 )複雑 な ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の 遮 音 性 能 の ， 上 記 (1 )に よ る 推 定 値 と ( 2 )に よ る 実 験 値 と が よ く 一 致 し ， 本 推 定 法 が 妥 当 で あ る こ と を示 した.

( 4 )ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の 遮 音 性 能 を 向 上 す る に は ， ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の

数 を 増 や す こ と や ， 接 触 部 を 多 重 化 す る こ と が 有 効 で あ る こ と が ， 本 予 測 法 か ら 推 定 す る こ と が で き ， そ れ を 実 験 に よ り 確 認 し た .

8.  4  ウイ ンドスロップの発 生 機 構 と 防 止 手 法

( 1 )自動車のサ ン ル ー フ や サ イ ド ウ イ ン ド で 発 生 す る ウ イ ン ド ス ロ ッ ブ は ， 流 れ の 周 期 的 変 動 現 象 で あ る キ ャ ビ テ ィ ト ー ン が 起 振 源 と な り ， ヘ ル ム ホ ル ツ 共 鳴 に よ っ て ロ ッ ク イ ン さ れ て ， 強 い音 圧が 発 生 す る 現 象 で あ る .

( 2 )ウ イ ン ド ス ロ ッ ブ の 起 振 源 は ， 関 口 部 上 流 側 の エ ッ ジ か ら 発 生 す る

渦 が 移 流 ， 合 体 し ， 規 則 的 な 渦 列 を 形 成 し ， 周 期 的 に 下 流 側 の エ ッ ジ に 衝 突 す る キ ャ ビ テ ィ ト ー ン で あ り ， こ の 現 象 は 数 値 計 算 に よ っ て シ ミ ュ レ ー

トできる.

( 3 ) し た が っ て 周 期 的 な 渦 の 発 生 を 抑 制 し ， キ ャビティ トー ン の 発 生 を 防 止 す れ ば ウ イ ン ド ス ロ ッ ブ を 防 止 す る こ と が で き る . そ の た め に は デ ィ フ レ ク タ が 有 効 で あ る .

8.  5 

自然風による空力騒音の変動現象

( 1 ) 変 動 す る 自 然 風 下 を 走 行 す る 場 合 の 空 力 騒 音 の 音 圧 レ ベ ル の 変 動 は ，

1 2 7  

風 速 ， 風 向 の 変 動 に 対 応 し ， そ の 風 速 お よ び 風 向 と 音 圧 と の 関 係 は ， 風 洞 試 験 を 用 い た 定 常 風 下 で 静 的 に 求 め ら れ る 関 係 と ほ ぼ 一 致 す る .

( 2 )自 然 風 下 を 走 行 す る 実 車 か ら の 空 力 騒 音 の 変 動 量 に 対 し て は車体の 風 速 感 度 と 風 向 感 度 が 影 響 す る . 風 速 感 度 は 車 体 形 状 に よ り ほ と ん と 変 わ ら な い の で ， 形 状 の 変 更 等 に よ り 空 力 騒 音 の 変 動 量 を 低 減 す る こ と は 困 難 で あ る . 一 方 ， 風 向 感 度 は ， 車 種 に よ り 異 な る の で ， 形 状 の 変 更 に よ り ケ セ 力 騒 音 の 変 動 量 を 低 減 す る こ と が で き る こ の 例 と し て モ ー ル 高 さ を 減 少 す る こ と に よ り ， 空 力 騒 音 の 変 動 量 が 低 減 す る こ と を 実 証 し た .

謝 辞

本 論 文 を ま と め る に あ た り ， 九 州 大 学 工 学 部 機 械 工 学 科 深 野 徹 教 授 に 心 か ら 感 謝 の 意 を 表 し ま す . 同 教 授 に は 終 始 懇 切 な ご 指 導 を 賜 り ， 論 文 提 出 の 機 会 を 与 え て い た だ き ま し た . ま た 九 州 大 学 工 学 部 機 械 工 ネ ル ギ ー 工 学 科 井 上 雅 弘 教 授 ， 同 大 学 工 学 部 知 能 機 械 工 学 科 古 川 明 徳 教 授 に は ， 拙

い 論 文 を ご 高 覧 い た だ き ， 貴 重 な ご 意 見 を 賜 り ま し た .

三 菱 重 工 業 ( 株 ) 高 砂 研 究 所 振 動 騒 音 研 究 室 長 西 村 正 治 博 士 に は ， 豊 富 で 貴 重 な ご 助 言 を 頂 い た 上 に ， 高 砂 研 究 所 の 無 響 風 胴 試 験 に ご 協 力 い た だ き ま し た . 厚 く 御 礼 申 し 上 げ ま す .

社 内 に お い て は三田 村 楽三元 取 締 役 ， 吉 田 寛 元 副 本 部 長 ， 中 尾 謙三技 師 長 ， 加 藤 裕 研 究 部 長 に は ， 九 州 大 学 と の 共 同 研 究 を ご 認 可 く だ さ り ， 多 大 の ご 支 援 を 賜 り ， 深 く 感 謝 致 し ま す . 機 能 実 験 部 次 長 中 川 邦 夫 博 士 に は ， 同 氏 の 研 究 部 在 籍 時 代 に 空 力 騒 音 の 研 究 の 機 会 を 与 え て い た だ き ， 長 年 に わ た り 多 大 な ご 指 導 を い た だ き ま し た . 研 究 部 次 長 知 名 宏 博 士 に は ， 研 究 へ の 貴 重 な ご 助 言 と ご 指 導 を い た だ き ま し た 乗 用 車 商 品 開 発 室 福 満 豊 プ ロ ジ ェ ク ト マ ネ ー ジ ャ ー に は ， 同 氏 の 研 究 部 在 籍 時 代 に ウ ェ ザ ス ト リ ッ プ の 遮 音 性 能 に つ い て ご 指 導 頂 き ま し た . 厚 く 感 謝 し1たします.

最 後 に 同 僚 ， 友 人 諸 氏 ， 家 族 の 協 力 と 励 ま し に よ り 本 論 文 が 完 成 し た こ と を 記 し て 心 か ら 感 謝 い た し ま す . 1997年 12月 小 池 勝

Appendix 1  Lighthill の 理 論

記 号 の 定 義

α

。

^ー百速

p  :圧 力

Uo 主 流 速 度

M 

=u

_o/α。:マッハ数 S:面 積

t:時 間

t'二 t‑r/α。:遅延時間

u 速 度 V:体 積

x=χ :観 測 点 の 座 標 y= Y_i :音 源 の 座 標

r二

j x‑ y l 

ρ:空 気 密 度

ρ。: 空 気 密 度 の 時 間 平 均 値 ω:渦 度

f:周 波 数

Lighthillの 理 論

Ligh t h i l l

の理 論 は 物 体 が 存 在 し な い 場 合 の 空 力 騒 音 に 対 す る ， 最 も 基 本 的 な 理 論 展 開 で あ る

連 続 式 は ， 圧 縮 性 を 考 慮 し て 以 下 の よ う に な る .

/

ヲb {) 

'‑"f/ +^一

( p u J

⁼ 0  θt a¥: 

外 力 が 無 い 場 合 ， 運 動 方 程 式 は 以 下 の よ う に な る .

1 2 9  

(A1・1)

ハU一一p + u 

m 

J''EE1︑nc一み j

+ ︑︑ ︐ ︐

ノu 

ρ 

/

'E

θ一次 1¥  (Al‑2) 

ここで pjjは 応 力 テ ン ソ ル で P fi= pδjj +

久

a

^{ゐ 2(ん，) ‑I} 

Sjj二 μイ

‑ τ 1 τL

十三￨てL151ト

￨ ぱj ぽj 5¥CX_k)  ， I  ただし Sjj 粘 性 応 力 ，  μ:粘 性 係 数

式(Al‑2)O両 辺 に

α ; 字 α = ; 三

^(ρ‑ρ。)を加えて下式を得る

(})ピ OX

(A.1‑3)  (.A1・4)

︑︑EE︐ ︐

ノ

門λ

U

︑︑ ︐ ︐

ノ

円U

ρ  ρ 

/'EE︑︑α 

p + u u 

ρ 

/︐

a‑

次一θ j E1︑︑

一一

生 み

t

α + 

m 

︑︑' F. .   ︐

〆' a

・ ︑

︑θ一み (A 1‑5) 

(A1・1)を tで微分， (A1・5)をX

jで 微 分 す る と 次 式 を 得 る .

グ ヤ

^グ

ー +一一

( P U i )

⁼ 0  ot² θtox. 

月2 ぺ12n  {32T 

; t

&

，

  (

^仰

^{J + α ;芦=一 て 才}

一ーーI ‑‑‑/‑‑‑J 

(A1・6)

(A 1‑7) 

(A 1‑6)か ら(Al‑7)を 差 し 引 くと次式を得る.

δ12p  ̲2δ z p δヱ

τ

^jj

一 一 ‑

{3t^{2 吋} χ7‑&itkδ j ^(A1・8)

ここで

毛 二

^ρUjUj+ _pjj ^‑a~(^ρ-ρ。⁾⁶

jJ

^(A 1‑9) 

式(A1‑8)が Lighthill方 程 式 で あ る . 低 マ ッ ハ 数 に お い て は 式(A1‑9)の右

辺 の 中 で レ イ ノ ル ズ 応 力 が 支 配 的 で あ る . 方 程 式(Al‑8)の 解 は 次 式 と な る .

Fア'("11 ^(327;;  1 

ρ

( x

，

t )   ‑

ρ。二ァ_斗

_{J L U} τ _O J _Tr J I _{~I L}

_み

: . 

^:jj 

^{I d V ( y )}

^{，  (A 1‑1 0)} 

tみj

I 

]は 遅 延 時 間 で の 値 を と る こ と を意 味 す る . 上 の 式は空 間 微 分 が 2個

含 ま れ て い る か ら 4重 極 子 で あ る . 式(A1‑10)は 密 度 の 形 で 記 述 し で あ る が ， 断 熱 変 化 を 仮 定 す る と ， 圧 力 と は 下 式 に よ り 関 係 づ け ら れ る .

α~(ρ(x， t)

‑

_Po) = Pa 

( x

，

t )  

(A1^・11)

エt(A1^・10)の 音 源 項 は 音 響 的 な 遅 延 効 果 と ， 空 間 的 な 勾 配 の 両 方 を 含 ん

1 3 0  

で い る か ら ， こ の 形 で は 評 価 が 困 難 で あ る . そ の た め 音 源 が 自 由 空 間 に あ る ， つ ま り 反 射 面 が に 音 源 近 傍 に 無 い 場 合 を 想 定 し ， 以 下 で こ の 方 程 式 の 遅 延 時 間 の 効 果 と 空 間 的 な 勾 配 と を 分 離 す る .

物 体 が 存 在 せ ず ， 音 は 限 定 的 な 音 源 領 域 か ら 放 射 さ れ る と 仮 定 す る と ，

[ F ト F ( y

，t‑r/c。 ) と そ の 微 分 に 関 し て ， 次 の 関 係 式 が 成 立 す る

三 即時

f;r/αo

川 ⁼ f f f     { [ _~J(:~):~ ‑ ， [ : l ; r v ( y )  

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ソ ノ 一 叩 iE 1J

﹃J﹁

t1

山変の式上

上 の 2つ の 式 を 組 み 合 わ せ て 次 式 を得る.

f f f   i :

  [ ~}v(y) ⁼  f f I ほ ] 叫 ‑ 三 ^{I I I} ヰ ^{1 v ( y )}

^(A1・12)

vd cu 

b

出

r

ドキュメント内 自動車の車体周りの気流による空力騒音に関する研 究 (ページ 135-141)