====== Rotor 74A2 ====== * [[#tab-fr|Français]] * [[#tab-en|English]] Downloadable files **[[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor74a2|Git project]]** ===== About ===== Compressor 74A is part of a research program to study fans and compressors for advanced airbreathing engines to assess and improve the technology needed for high pressure ratio, good efficiency, and adequate stall margin in as few stages as possible. This compressor consists of inlet guide vanes and five stages, and it is designed for a 9.271 pressure ratio. Rotor 74A2 is the rotor of the second stage of this compressor. * Original technical report [(cite:steinke1986design>Steinke R.J. «Design of 9.271-Pressure-Ratio Five-Stage Core Compressor and Overall Performance for First Three Stages » 1986. {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19870008266|pdf}})]: @TechReport{steinke1986design, author = {Steinke, Ronald J.}, date = {1986}, institution = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States}, title = {Design of 9.271-Pressure-Ratio Five-Stage Core Compressor and Overall Performance for First Three Stages}, number = {NASA-TP-2597}, url = {https://ntrs.nasa.gov/citations/19870008266}, } * Picture : {{ :public:modeles:rotor_74a1:nasa_image_rotor74a.jpg?500 |}} Fig. 1 https://catalog.archives.gov/id/17443470 * @Misc{Huebler1978records, author = {Huebler, D.}, title = {74A Compressor. {R}ecords of the {N}ational {A}eronautics and {S}pace {A}dministration, 1903 - 2006. {P}hotographs relating to agency activities, facilities and personnel, 1973 - 2013}, year = {1978}, url = {https://catalog.archives.gov/id/17443470}} * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor74a2|downloadable models]] (Git project) * {{ :public:modeles:rotor_74a2:rotor74a2.pdf | NASA technical report}} (.pdf) * {{ :public:modeles:rotor_74a2:rotor74a2_original.csv | geometrical parameters file}} (.csv), usable as input of OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes>Kojtych S., Batailly A. «OpenMCAD, an open blade generator: from Multiple-Circular-Arc profiles to Computer-Aided Design model» 2022. {{ https://hal.science/hal-03923093|open osurce code}})] to generate reference blade models. ===== Reference blade ===== The **reference blade** is defined with multiple-circular arc profiles[(cite:Crouse_1969_computer)] given in the original NASA report[(cite:steinke1986design)]. Corresponding models are computed with the open-source code OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]. ==== Geometry ==== The geometry of rotor 74A2 is described in the [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19870008266|original NASA report]] by the following tables. The length are in centimeters and the angles in degrees. {{ :public:modeles:rotor_74a2:gene_aubes_nasa_geom_rotor74a2.png?400 |}} ==== Aerodynamic design ==== ^ ^ units ^ values ^ ^ pressure ratio | [-] | 1.691 | ^ mass flow | [kg/s] | 29.71 | ^ tip speed | [m/s] | 416 | ^ tip solidity | [-] | 1.25 | ^ aspect ratio | [-] | 1.17 | ^ number of blades | [-] | 32 | ^ nominal rotation speed $\omega_n$ | [rad/s] | 1680 | ==== Material properties ==== Rotor 74A2 is made of titanium according to the NASA report, but the exact properties are not provided. A generic titanium Ti-6Al-4V is considered: ^ ^ units ^ values ^ ^ alloy | [-] | Ti-6Al-4V | ^ Young's modulus | [GPa] | 108 | ^ density | [kg/m3] | 4400 | ^ Poisson's ratio | [-] | 0.34 | ^ yield stress | [GPa] | 0.824 | ==== CAD model ==== The CAD model is computed with the open source code OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]. {{ :public:modeles:rotor_74a2:74a2_intra.png?200 |}} pressure side {{ :public:modeles:rotor_74a2:74a2_extra.png?200 |}} suction side ==== Natural frequencies ==== First three natural frequencies (with clamped root) for the mesh computed with OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]: ^ Mode ^ Type ^ Natural angular frequency (rad/sec) ^ Natural frequency (Hz) ^ | 1 | 1B | 4884.84 | 777.45 | | 2 | 1T | 15222.59 | 2422.75 | | 3 | 2B | 17870.82 | 2844.23 | ====Campbell diagram==== Evolution of the natural frequencies of the first 3 vibration modes, as a function of rotation speed, for the mesh computed with OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]: {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_eng_74a2_ref.png?500 }} Campbell diagram computed with a linear centrifugal preload, with clamped root (nominal rotation speed ωₙ = 1 680 rad/s) * {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_eng_74a2_ref.pdf |graph (.pdf)}} * {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_74a2_ref.csv |Campbell data (.csv)}} ===== Initial blade ===== The **initial blade** is defined with in-house LAVA parameters[(cite:Kojtych_2022_Methodology)] computed from the reference blade CAD model. The initial blade is usually used as starting point for an optimization process. Its geometry is similar to the one of the reference blade. ==== Natural frequencies ==== First three natural frequencies (with clamped root) * from the whole mesh: ^ Mode ^ Type ^ Natural angular frequency (rad/sec) ^ Natural frequency (Hz) ^ | 1 | 1B | 4883.51 | 777.24 | | 2 | 1T | 15179.04 | 2415.82 | | 3 | 2B | 17886.78 | 2846.77 | * from the reduced order model: ^ Mode ^ Type ^ Natural angular frequency (rad/sec) ^ Natural frequency (Hz) ^ | 1 | 1B | 4884.14 | 777.34 | | 2 | 1T | 15188.03 | 2417.25 | | 3 | 2B | 17907.64 | 2850.09 | ====Campbell diagram==== Comparison of the evolution of the natural frequencies of the first 3 vibration modes, as a function of rotation speed for the initial and the reference blade: {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_eng_74a2_ini.png?500 }} Campbell diagram computed with a linear centrifugal preload, with clamped root (nominal speed ωₙ = 1 680 rad/s), initial blade (orange), reference blade (gray) * {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_eng_74a2_ini.pdf |graph (.pdf)}} * {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_74a2_ini.csv |Campbell data (.csv)}} Fichiers téléchargeables **[[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor74a2|lien vers le projet Git]]** ===== À propos ===== Le compresseur 74A fait partie d'un programme de recherche visant à étudier les soufflantes et les compresseurs pour des moteurs à air comprimé afin d'évaluer et d'améliorer les technologies nécessaires pour obtenir un rapport de pression élevé, un bon rendement et une marge de décrochage adéquate avec le moins d'étage possible. Ce compresseur comporte des redresseurs d'admission et cinq étages, et il est conçu pour un rapport de pression de 9,271. Le rotor 74A2 appartient au deuxième étage de ce compresseur. * Rapport technique original [(cite:steinke1986design>)]: @TechReport{steinke1986design, author = {Steinke, Ronald J.}, date = {1986}, institution = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States}, title = {Design of 9.271-Pressure-Ratio Five-Stage Core Compressor and Overall Performance for First Three Stages}, number = {NASA-TP-2597}, url = {https://ntrs.nasa.gov/citations/19870008266}, } * Photographie : {{ :public:modeles:rotor_74a1:nasa_image_rotor74a.jpg?500 |}} Fig. 1 https://catalog.archives.gov/id/17443470 * @Misc{Huebler1978records, author = {Huebler, D.}, title = {74A Compressor. {R}ecords of the {N}ational {A}eronautics and {S}pace {A}dministration, 1903 - 2006. {P}hotographs relating to agency activities, facilities and personnel, 1973 - 2013}, year = {1978}, url = {https://catalog.archives.gov/id/17443470}} * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor74a2|modèles téléchargeables]] (lien vers projet Git) * {{ :public:modeles:rotor_74a2:rotor74a2.pdf | rapport technique original}} de la NASA (.pdf) * {{ :public:modeles:rotor_74a2:rotor74a2_original.csv| fichier de paramètres géométriques}} (.csv), utilisable en entrée de OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes>)] pour générer l'aube de référence ===== Aube de référence ===== L'**aube de référence** est définie par des profils de type arcs circulaires multiples[(cite:Crouse_1969_computer>Crouse //et al//. «A computer program for composing compressor blading from simulated circular-arc elements on conical surfaces » 1969. NASA-TN-D-5437. {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19690027504|pdf}})], donnés dans le rapport technique original de la NASA[(cite:steinke1986design)]. Les modèles associés sont obtenus avec le code en libre accès OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]. ==== Géométrie ==== La géométrie du rotor 74A2 est décrite dans le [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19870008266|rapport d'origine de la NASA]] par les tableaux suivants. Les grandeurs sont en centimètres et en degrés. {{ :public:modeles:rotor_74a2:gene_aubes_nasa_geom_rotor74a2.png?400 |}} ==== Caractéristiques aérodynamiques ==== ^ ^ unités ^ valeurs ^ ^ taux de compression | [-] | 1,691 | ^ débit massique | [kg/s] | 29,71 | ^ vitesse en tête | [m/s] | 416 | ^ solidité en tête | [-] | 1,25 | ^ allongement | [-] | 1,17 | ^ nombre d'aubes | [-] | 32 | ^ vitesse de rotation nominale $\omega_n$ | [rad/s] | 1680 | ==== Propriétés matériau ==== Le matériau du rotor 74A2 est le titane d'après le rapport, mais ses caractéristiques ne sont pas fournies. Un alliage de titane Ti-6Al-4v est considéré : ^ ^ unité ^ valeurs ^ ^ alliage | [-] | Ti-6Al-4V | ^ module d'Young | [GPa] | 108 | ^ masse volumique | [kg/m3] | 4400 | ^ coefficient de Poisson | [-] | 0,34 | ^ limite élastique | [GPa] | 0,824 | ==== Modèle CAO ==== Le modèle CAO est obtenu avec OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]. {{ :public:modeles:rotor_74a2:74a2_intra.png?200 |}} intrados {{ :public:modeles:rotor_74a2:74a2_extra.png?200 |}} extrados ==== Fréquences propres ==== Fréquences des trois premiers modes (noeuds du pied d'aube encastrés) pour le maillage obtenu avec OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)] : ^ Mode ^ Type ^ Pulsation propre (rad/sec) ^ Fréquence propre (Hz) ^ | 1 | 1F | 4884,84 | 777,45 | | 2 | 1T | 15222,59 | 2422,75 | | 3 | 2F | 17870,82 | 2844,23 | ====Diagramme de Campbell==== Évolution des fréquences propres des 3 premiers modes, en fonction de la vitesse de rotation, pour le maillage obtenu avec OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]: {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_74a2_ref.png?500 }} diagramme de Campbell calculé avec une précharge centrifuge linéaire, noeuds du pied d'aube encastrés (vitesse nominale ωₙ = 1 680 rad/s) * {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_74a2_ref.pdf |graphique (.pdf)}} * {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_74a2_ref.csv |données du Campbell (.csv)}} ===== Aube initiale ===== L'**aube initiale** est définie par des paramètres spécifiques au LAVA[(cite:Kojtych_2022_Methodology>Kojtych S. //et al//. «Methodology for the Redesign of Compressor Blades Undergoing Nonlinear Structural Interactions: Application to Blade-Tip/Casing Contacts » 2022. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 145, No. 5. {{ https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03795257|pdf}})] obtenus à partir du modèle CAO de l'aube de référence. L'aube initiale est classiquement utilisée comme point de départ dans le cadre de procédures d'optimisation; sa géométrie est similaire à celle de l'aube de référence. ==== Fréquences propres ==== Fréquences des trois premiers modes (noeuds du pied d'aube encastrés), * pour le maillage complet : ^ Mode ^ Type ^ Pulsation propre (rad/sec) ^ Fréquence propre (Hz) ^ | 1 | 1F | 4883,51 | 777,24 | | 2 | 1T | 15179,04 | 2415,82 | | 3 | 2F | 17886,78 | 2846,77 | * pour le modèle réduit : ^ Mode ^ Type ^ Pulsation propre (rad/sec) ^ Fréquence propre (Hz) ^ | 1 | 1F | 4884,14 | 777,34 | | 2 | 1T | 15188,03 | 2417,25 | | 3 | 2F | 17907,64 | 2850,09 | ====Diagramme de Campbell==== Comparaison de l'évolution des fréquences propres des 3 premiers modes, en fonction de la vitesse de rotation, pour l'aube initiale et de référence: {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_74a2_ini.png?500 }} diagramme de Campbell calculé avec une précharge centrifuge linéaire, noeuds du pied d'aube encastrés (vitesse nominale ωₙ = 1 680 rad/s), aube initiale (orange), aube de référence (grise) * {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_74a2_ini.pdf |graphique (.pdf)}} * {{ :public:modeles:rotor_74a2:campbell_74a2_ini.csv |données du Campbell (.csv)}}