Rotor 15
About
Rotor 15 is a fan which was the first of a series of designs in support of NASA’s low-noise conventional aircraft engine program. The fan designed in this program have unconventional geometric and aerodynamic features because of noise considerations.
- Original technical report [1]:
@TechReport{gelder1974design, author = {Gelder, Thomas F. and Lewis, George W.}, date = {1974}, institution = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States}, title = {Aerodynamic performance of 0.5-meter-diameter, 337-meter-per-second tip speed, 1.5-pressure-ratio, single-stage fan designed for low noise aircraft engines}, number = {NASA-TN D-7836}, url = {https://ntrs.nasa.gov/citations/19750006695}, }
- Picture :
Useful documents
- downloadable models (Git project)
- NASA technical report (.pdf)
- geometrical parameters file (.csv), usable as input of OpenMCAD[2] to generate reference blade models.
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 15 is described in the original NASA report by the following tables. The length are in centimeters and the angles in degrees.
Aerodynamic design
unit | value | |
---|---|---|
pressure ratio | [-] | 1.5 |
mass flow | [kg/s] | 29.16 |
tip speed | [m/s] | 337 |
tip solidity | [-] | 1.344 |
aspect ratio | [-] | 3 |
number of blades | [-] | 53 |
nominal rotation speed $\omega_n$ | [rad/s] | 1363.45 |
Material properties
unit | value | |
---|---|---|
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[2].
Natural frequencies
First three natural frequencies (with clamped root) for the mesh computed with OpenMCAD[2]:
Mode | Type | Natural angular frequency (rad/sec) | Natural frequency (Hz) |
---|---|---|---|
1 | 1B | 1547.59 | 246.31 |
2 | 2B | 4839.27 | 770.19 |
3 | 1T | 9194.69 | 1463.38 |
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]:
Initial blade
The initial blade is defined with in-house LAVA parameters[4] 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 | 1527.69 | 243.14 |
2 | 2B | 4863.10 | 773.99 |
3 | 1T | 9105.65 | 1449.21 |
- from the reduced order model:
Mode | Type | Natural angular frequency (rad/sec) | Natural frequency (Hz) |
---|---|---|---|
1 | 1B | 1527.74 | 243.15 |
2 | 2B | 4863.79 | 774.10 |
3 | 1T | 9109.93 | 1449.89 |
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:
À propos
Le rotor 15 est une soufflante, la première d'une série de la NASA consacrée au développement de des moteurs d'avion conventionnels à faible bruit. Les soufflantes conçus dans le cadre de ce programme présentent des caractéristiques géométriques et aérodynamiques non conventionnelles pour des raisons de réduction du bruit.
- Rapport technique original [1]:
@TechReport{gelder1974design, author = {Gelder, Thomas F. and Lewis, George W.}, date = {1974}, institution = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States}, title = {Aerodynamic performance of 0.5-meter-diameter, 337-meter-per-second tip speed, 1.5-pressure-ratio, single-stage fan designed for low noise aircraft engines}, number = {NASA-TN D-7836}, url = {https://ntrs.nasa.gov/citations/19750006695}, }
- Photographie :
Documents utiles
- modèles téléchargeables (lien vers projet Git)
- rapport technique original de la NASA (.pdf)
- fichier de paramètres géométriques (.csv), utilisable en entrée de OpenMCAD[2] pour générer l'aube de référence
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[1]. Les modèles associés sont obtenus avec le code en libre accès OpenMCAD[2].
Géométrie
La géométrie du rotor 15 est décrite dans le rapport d'origine de la NASA par les tableaux suivants. Les grandeurs sont en centimètres et en degrés.
Caractéristiques aérodynamiques
unités | valeurs | |
---|---|---|
taux de compression | [-] | 1,5 |
débit massique | [kg/s] | 29,16 |
vitesse en tête | [m/s] | 337 |
solidité en tête | [-] | 1,344 |
allongement | [-] | 3 |
nombre d'aubes | [-] | 53 |
vitesse de rotation nominale $\omega_n$ | [rad/s] | 1363,45 |
Propriétés matériau
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[2].
Fréquences propres
Fréquences des trois premiers modes (noeuds du pied d'aube encastrés) pour le maillage obtenu avec OpenMCAD[2] :
Mode | Type | Pulsation propre (rad/sec) | Fréquence propre (Hz) |
---|---|---|---|
1 | 1F | 1547,59 | 246,31 |
2 | 2F | 4839,27 | 770,19 |
3 | 1T | 9194,69 | 1463,38 |
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]:
Aube initiale
L'aube initiale est définie par des paramètres spécifiques au LAVA[4] 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 | 1527,69 | 243,14 |
2 | 2F | 4863,10 | 773,99 |
3 | 1T | 9105,65 | 1449,21 |
- pour le modèle réduit :
Mode | Type | Pulsation propre (rad/sec) | Fréquence propre (Hz) |
---|---|---|---|
1 | 1F | 1527,74 | 243,15 |
2 | 2F | 4863,79 | 774,10 |
3 | 1T | 9109,93 | 1449,89 |
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_15/accueil.txt
- Dernière modification : 2024/08/06 16:52
- de rafaelbarraud