Rotor 35

Original model

Rotor 35 is part of a research program to study a advanced-core compressor design with a high compression ratio (20:1). It is therefore the first stage rotor of this eight stage transonic compressor. Of these eight stages, the first four have been designed and tested : rotors 35, 36, 37 and 38. For more information, here is a link to a report from NASA.

• Original technical report ^[1]:

@TechReport{reid1982design,
  author           = {Reid, L. and Moore, R. D.},
  date             = {1982},
  institution      = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States},
  title            = {Performance of single-stage axial-flow transonic compressor with rotor and stator aspect ratios of 1.63 and 1.78, respectively, and with design pressure ratio of 1.82},
  number           = {NASA-TP-1974},
  url              = {https://ntrs.nasa.gov/citations/19820011348},
} 

• Picture :

• @Misc{brown1977records,
  author   = {Brown, M.},
  title    = {Rotor 35 - Rotor 35 - Stator 35 in casing. {R}ecords of the {N}ational {A}eronautics and {S}pace {A}dministration, 1903 - 2006. {P}hotographs relating to agency activities, facilities and personnel, 1977 - 2013},
  url     = {https://catalog.archives.gov/id/17466807}}

Reference blade

The reference blade is defined with multiple-circular arc profiles^[3] given in the original NASA report^[1]. Corresponding models are computed with the open-source code OpenMCAD^[2].

Geometry

The geometry of rotor 35 is described in the original NASA report by the following tables. The length are in centimeters and the angles in degrees.

Aerodynamic design

Material properties

Rotor 35 is made of a 200-grade maraging steel^[4], but the exact material properties are not provided in the NASA report. The following properties are considered :

CAD model

The CAD model is computed with the open source code OpenMCAD^[2].

pressure side

suction side

Natural frequencies

First three natural frequencies (with clamped root) for the mesh computed with OpenMCAD^[2]:

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^[2]:

• graph (.pdf)
• Campbell data (.csv)

Initial blade

The initial blade is defined with in-house LAVA parameters^[5] 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:

• from the reduced order model:

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:

• graph (.pdf)
• Campbell data (.csv)

Modèle original

Le rotor 35 appartient à un programme de recherche visant à étudier une conception de compresseur possédant un grand taux de compression (20:1). Il est donc le rotor du premier étage de ce compresseur transsonique de huit étages. Parmi ces huit étages, les quatre premiers ont été conçus et testés, ils correspondent aux rotors 35, 36, 37 et 38. Pour plus d'information, voici un lien vers un rapport de la NASA.

• Rapport technique original ^[6]:

  @TechReport{reid1982design,
    author           = {Reid, L. and Moore, R. D.},
    date             = {1982},
    institution      = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States},
    title            = {Performance of single-stage axial-flow transonic compressor with rotor and stator aspect ratios of 1.63 and 1.78, respectively, and with design pressure ratio of 1.82},
    number           = {NASA-TP-1974},
    url              = {https://ntrs.nasa.gov/citations/19820011348},
  } 

• Photographie :

• @Misc{brown1977records,
  author   = {Brown, M.},
  title    = {Rotor 35 - Rotor 35 - Stator 35 in casing. {R}ecords of the {N}ational {A}eronautics and {S}pace {A}dministration, 1903 - 2006. {P}hotographs relating to agency activities, facilities and personnel, 1977 - 2013},
  url     = {https://catalog.archives.gov/id/17466807}}

Aube de référence

L'aube de référence est définie par des profils de type arcs circulaires multiples^[3], donnés dans le rapport technique original de la NASA^[6]. Les modèles associés sont obtenus avec le code en libre accès OpenMCAD^[2].

Géométrie

La géométrie du rotor 35 est décrite dans le rapport d'origine de la NASA par les tableaux suivants. Les grandeurs sont en centimètres et en degrés.

Caractéristiques aérodynamiques

Propriétés matériau

Le matériau du rotor 35 est un alliage à base de nickel : un acier maraging de grade 200^[4], mais ses caractéristiques ne sont pas fournies dans le raport de la NASA. Les propriétés considérées sont :

Modèle CAO

Le modèle CAO est obtenu avec OpenMCAD^[2].

intrados

extrados

Fréquences propres

Fréquences des trois premiers modes (noeuds du pied d'aube encastrés) pour le maillage obtenu avec OpenMCAD^[2] :

Diagramme de Campbell

Évolution des fréquences propres des 3 premiers modes, en fonction de la vitesse de rotation, pour le maillage obtenu avec OpenMCAD^[2]:

• graphique (.pdf)
• données du Campbell (.csv)

Aube initiale

L'aube initiale est définie par des paramètres spécifiques au LAVA^[5] 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 :

• pour le modèle réduit :

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:

• graphique (.pdf)
• données du Campbell (.csv)