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public:modeles:rotor_04:accueil [2023/03/19 20:27] – [Fréquences propres] ikrambeghdadipublic:modeles:rotor_04:accueil [2024/08/05 15:45] (Version actuelle) – [Natural frequencies] rafaelbarraud
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 </modal>  </modal> 
  
-===== Original model =====+===== About =====
  
 Rotor 4 is part of a research program to study the effects of blade row solidity on efficiency and stall margin of an axial-flow compressor rotor. It is one of a series of rotors designed with varying blade solidity achieved by changing the blade chord length : rotor 3 with a tip solidity of 1.3, rotor 4 with a tip solidity of 1.1 and rotor 5 with a tip solidity of 1.5. The results showed that the efficiency and pressure ratio were higher for a rotor with a blade tip solidity of 1.5 than for a rotor with a solidity of 1.1.  Rotor 4 is part of a research program to study the effects of blade row solidity on efficiency and stall margin of an axial-flow compressor rotor. It is one of a series of rotors designed with varying blade solidity achieved by changing the blade chord length : rotor 3 with a tip solidity of 1.3, rotor 4 with a tip solidity of 1.1 and rotor 5 with a tip solidity of 1.5. The results showed that the efficiency and pressure ratio were higher for a rotor with a blade tip solidity of 1.5 than for a rotor with a solidity of 1.1. 
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 Then, another series of tests has been conducted with blade tip solidities of 1.3 (rotor 14), 1.5 (rotor 8), and 1.7 (rotor 12). Tip solidity are being changed by varying the number of blades while maintaining the same velocity diagrams and flow path. These stages were designed such that the tip solidity of both the rotor and stator blades are the same.  Then, another series of tests has been conducted with blade tip solidities of 1.3 (rotor 14), 1.5 (rotor 8), and 1.7 (rotor 12). Tip solidity are being changed by varying the number of blades while maintaining the same velocity diagrams and flow path. These stages were designed such that the tip solidity of both the rotor and stator blades are the same. 
  
-  * Original technical report [(cite:janetzke1972design>Janetzke. «Performance of 1380-foot-per-second-tip-speed axial-flow compressor rotor with blade tip solidity of 1.1 » 1972.  {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19720011348|pdf}})]: <code>@TechReport{janetzke1972design,+  * Original technical report [(cite:janetzke1972design>Janetzke David C., Ball Calvin L. and Hager Roy D.«Performance of 1380-foot-per-second-tip-speed axial-flow compressor rotor with blade tip solidity of 1.1 » 1972.  {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19720011348|pdf}})]: <code>@TechReport{janetzke1972design,
   author           = {Janetzke, David C. and Ball, Calvin L. and Hager, Roy D.},   author           = {Janetzke, David C. and Ball, Calvin L. and Hager, Roy D.},
   date             = {1972},   date             = {1972},
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   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor04|downloadable models]] (Git project)   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor04|downloadable models]] (Git project)
   * {{ :public:modeles:rotor_4:rotor4.pdf | NASA technical report}} (.pdf)   * {{ :public:modeles:rotor_4:rotor4.pdf | NASA technical report}} (.pdf)
-  * {{ :public:modeles:rotor_4:rotor4_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|code en libre accès}})] to generate reference blade models.+  * {{ :public:modeles:rotor_4:rotor4_original.csv  | geometrical parameters file}} (.csv), usable as input of OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aube>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 source code}})] to generate reference blade models.
 </callout> </callout>
  
Ligne 47: Ligne 47:
 The **reference blade** is defined with multiple-circular arc profiles[(cite:Crouse_1969_computer)] given in the original NASA report[(cite:janetzke1972design)]. Corresponding models are computed with the open-source code OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]. The **reference blade** is defined with multiple-circular arc profiles[(cite:Crouse_1969_computer)] given in the original NASA report[(cite:janetzke1972design)]. Corresponding models are computed with the open-source code OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)].
  
-===== Geometry =====+==== Geometry ====
  
 The geometry of rotor 4 is described in the [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19720011348|original NASA report]]  by the following tables. The length are in inches and the angles in degrees. The geometry of rotor 4 is described in the [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19720011348|original NASA report]]  by the following tables. The length are in inches and the angles in degrees.
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-===== Aerodynamic design  =====+==== Aerodynamic design  ====
  
-^                      ^  unit  ^ values  ^+^                      ^  unit  ^ value  ^
 ^ pressure ratio  |  [-]     | 1.8    | ^ pressure ratio  |  [-]     | 1.8    |
 ^ mass flow       |  [kg/s]  | 29.6    | ^ mass flow       |  [kg/s]  | 29.6    |
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 ^ aspect ratio          |  [-]     | 3     | ^ aspect ratio          |  [-]     | 3     |
 ^ number of blades         |  [-]     | 47     | ^ number of blades         |  [-]     | 47     |
-^ rotative speed  |  [rad/s]  | 1675.51  |+^ nominal rotation speed $\omega_n$  |  [rad/s]  | 1675.51  |
  
-===== Material properties  =====+==== Material properties  ====
  
-Rotor 4 is made of a 200-grade maraging steel  
  
-^                         ^  unité    ^ valeurs             ^+Rotor 4 is made of a 200-grade maraging steel, but the exact material properties are not provided in the NASA report. The following properties are considered :  
 + 
 +^                         ^  unit    ^ value             ^
 ^ alloy                |  [-]      | 18-Ni-200-maraging  | ^ alloy                |  [-]      | 18-Ni-200-maraging  |
 ^ Young's modulus          |  [GPa]    | 180                 | ^ Young's modulus          |  [GPa]    | 180                 |
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 <col md="4"> <col md="4">
 {{ :public:modeles:rotor_04:4_intra.png?200 |}} {{ :public:modeles:rotor_04:4_intra.png?200 |}}
- <caption>intrados</caption>+ <caption>pressure side</caption>
 </col> </col>
 <col md="4"> <col md="4">
 {{ :public:modeles:rotor_04:4_extra.png?200 |}} {{ :public:modeles:rotor_04:4_extra.png?200 |}}
-<caption>extrados</caption>+<caption>suction side</caption>
 </col> </col>
 <col md="2"> <col md="2">
Ligne 101: Ligne 102:
  
 ^ Mode  ^ Type  ^ Natural angular frequency (rad/sec)  ^ Natural frequency (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Natural angular frequency (rad/sec)  ^ Natural frequency (Hz)  ^
-| 1     | 1B       | 1678.08                     | 267.076            |+| 1     | 1B       | 1678.08                     | 267.08            |
 | 2     | 2B       | 6508.62                     | 1035.88           | | 2     | 2B       | 6508.62                     | 1035.88           |
 | 3     | 1T        | 8874.56                     | 1412.43        | | 3     | 1T        | 8874.56                     | 1412.43        |
  
 +====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_04:campbell_eng_04_ref.png?500 }}
 +<caption>Campbell diagram computed with a linear centrifugal preload, with clamped root (nominal rotation speed ωₙ = 1 675.51 rad/s)</caption>
 +
 +  * {{ :public:modeles:rotor_04:campbell_eng_04_ref.pdf |graph (.pdf)}}
 +  * {{ :public:modeles:rotor_04:campbell_04_ref.csv |Campbell data (.csv)}}
  
  
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 ===== Initial blade ===== ===== Initial blade =====
  
-The **initial blade** is defined with in-house LAVA parameters[(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}})] obtained from CAD model of the reference vane. The initial blade is conventionally used as a starting point in optimization procedures; its geometry is similar to that of the reference 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.
  
  
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 ^ Mode  ^ Type  ^ Natural angular frequency (rad/sec)  ^ Natural frequency (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Natural angular frequency (rad/sec)  ^ Natural frequency (Hz)  ^
-| 1     | 1B        | 1682.55                       | 267.786                 |+| 1     | 1B        | 1682.55                       | 267.79                 |
 | 2     | 2B        | 6515.28                      | 1036.94                 | | 2     | 2B        | 6515.28                      | 1036.94                 |
 | 3     | 1T        | 8895.29                      | 1415.73                | | 3     | 1T        | 8895.29                      | 1415.73                |
Ligne 134: Ligne 143:
 | 3     | 1T        | 8897.12                    | 1416.02                  | | 3     | 1T        | 8897.12                    | 1416.02                  |
  
 +
 +====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_04:campbell_eng_04_ini.png?400 }}
 +
 +
 +<caption>Campbell diagram computed with a linear centrifugal preload, with clamped root (nominal speed ωₙ = 1 675.51 rad/s), 
 +
 +initial blade (orange), reference blade (gray) </caption>
 +
 +  * {{ :public:modeles:rotor_04:campbell_eng_04_ini.pdf |graph (.pdf)}}
 +  * {{ :public:modeles:rotor_04:campbell_04_ini.csv |Campbell data (.csv)}}
 </pane> </pane>
  
Ligne 150: Ligne 172:
 Ensuite, une autre série d'essais a été menée avec des solidité en tête de 1,3 pour le rotor 14, 1.5 pour le rotor 8 et 1.7 pour le rotor 12. Ces solidités sont modifiées en faisant varier le nombre d'aubes tout en conservant les mêmes triangles de vitesse et le même trajet d'écoulement. Ces étages ont été conçus de manière à ce que la solidité en tête du rotor et du stator soit la même.  Ensuite, une autre série d'essais a été menée avec des solidité en tête de 1,3 pour le rotor 14, 1.5 pour le rotor 8 et 1.7 pour le rotor 12. Ces solidités sont modifiées en faisant varier le nombre d'aubes tout en conservant les mêmes triangles de vitesse et le même trajet d'écoulement. Ces étages ont été conçus de manière à ce que la solidité en tête du rotor et du stator soit la même. 
  
-  * Rapport technique original [(cite:janetzke1972design>Janetzke. «Performance of 1380-foot-per-second-tip-speed axial-flow compressor rotor with blade tip solidity of 1.1 » 1972.  {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19720011348|pdf}})]: <code>+  * Rapport technique original[(cite:janetzke1972design>)] : <code>
 @TechReport{janetzke1972design, @TechReport{janetzke1972design,
   author           = {Janetzke, David C. and Ball, Calvin L. and Hager, Roy D.},   author           = {Janetzke, David C. and Ball, Calvin L. and Hager, Roy D.},
Ligne 169: Ligne 191:
   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor04|modèles téléchargeables]] (lien vers projet Git)   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor04|modèles téléchargeables]] (lien vers projet Git)
   * {{ :public:modeles:rotor_4:rotor4.pdf | rapport technique original}} de la NASA (.pdf)   * {{ :public:modeles:rotor_4:rotor4.pdf | rapport technique original}} de la NASA (.pdf)
-  * {{ :public:modeles:rotor_4:rotor4_original.csv | fichier de paramètres géométriques}} (.csv), utilisable en entrée de 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|code en libre accès}})] pour générer l'aube de référence +  * {{ :public:modeles:rotor_4:rotor4_original.csv | fichier de paramètres géométriques}} (.csv), utilisable en entrée de OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes>)] pour générer l'aube de référence 
 </callout> </callout>
  
Ligne 177: Ligne 199:
  
  
-===== Géométrie =====+==== Géométrie ====
  
 La géométrie du rotor 4 est décrite dans le [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19720011348|rapport d'origine de la NASA]] par les tableaux suivants. Les grandeurs sont en pouces et en degrés. La géométrie du rotor 4 est décrite dans le [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19720011348|rapport d'origine de la NASA]] par les tableaux suivants. Les grandeurs sont en pouces et en degrés.
Ligne 183: Ligne 205:
 {{ :public:modeles:rotor_4:gene_aubes_nasa_geom_rotor4.png?400 |}} {{ :public:modeles:rotor_4:gene_aubes_nasa_geom_rotor4.png?400 |}}
  
-===== Caractéristiques aérodynamiques  =====+==== Caractéristiques aérodynamiques  ====
 ^                      ^  unités  ^ valeurs  ^ ^                      ^  unités  ^ valeurs  ^
 ^ taux de compression  |  [-]     | 1,8     | ^ taux de compression  |  [-]     | 1,8     |
Ligne 191: Ligne 213:
 ^ allongement          |  [-]     | 3    | ^ allongement          |  [-]     | 3    |
 ^ nombre d'aubes         |  [-]     | 47     | ^ nombre d'aubes         |  [-]     | 47     |
-^ vitesse de rotation  |  [rad/s]  | 1675,51  |+^ vitesse de rotation nominale $\omega_n$  |  [rad/s]  | 1675,51  |
  
  
-===== Propriétés matériau  =====+==== Propriétés matériau  ====
  
-Le matériau original du rotor 4 est défini dans le rapport de la NASA. Un acier maraging de grade 200 est considéré: +Le matériau du rotor 4 est un alliage à base de nickel : un acier maraging de grade 200, mais ses caractéristiques ne sont pas fournies. Les propriétés considérées sont : 
  
 ^                         ^  unité    ^ valeurs             ^ ^                         ^  unité    ^ valeurs             ^
Ligne 231: Ligne 253:
  
 ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^
-| 1     | 1B       | 1678,08                     | 267,076            | +| 1     | 1F       | 1678,08                     | 267,08            | 
-| 2     | 2B       | 6508,62                     | 1035,88           |+| 2     | 2F       | 6508,62                     | 1035,88           |
 | 3     | 1T        | 8874,56                     | 1412,43        | | 3     | 1T        | 8874,56                     | 1412,43        |
 +
 +====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_04:campbell_04_ref.png?500 }}
 +<caption>diagramme de Campbell calculé avec une précharge centrifuge linéaire, noeuds du pied d'aube encastrés (vitesse nominale ωₙ = 1 675,51 rad/s)</caption>
 +
 +  * {{ :public:modeles:rotor_04:campbell_04_ref.pdf |graphique (.pdf)}}
 +  * {{ :public:modeles:rotor_04:campbell_04_ref.csv |données du Campbell (.csv)}}
 +
 +
 + 
  
 ===== Aube initiale ===== ===== Aube initiale =====
Ligne 246: Ligne 279:
  
 ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^
-| 1     | 1F        | 1682,55                       | 267,786                 |+| 1     | 1F        | 1682,55                       | 267,79                 |
 | 2     | 2F        | 6515,28                      | 1036,94                 | | 2     | 2F        | 6515,28                      | 1036,94                 |
 | 3     | 1T        | 8895,29                      | 1415,73                | | 3     | 1T        | 8895,29                      | 1415,73                |
Ligne 258: Ligne 291:
 | 3     | 1T        | 8897,12                    | 1416,02                  | | 3     | 1T        | 8897,12                    | 1416,02                  |
  
 +====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_04:campbell_04_ini.png?500 }}
 +<caption>diagramme de Campbell calculé avec une précharge centrifuge linéaire, noeuds du pied d'aube encastrés (vitesse nominale ωₙ = 1 675,51 rad/s),
  
-</tabs>+aube initiale (orange), aube de référence (grise)</caption> 
 + 
 +  * {{ :public:modeles:rotor_04:campbell_04_ini.pdf |graphique (.pdf)}} 
 +  * {{ :public:modeles:rotor_04:campbell_04_ini.csv |données du Campbell (.csv)}}
 </pane> </pane>
  
 +</tabs>
  
  
  • public/modeles/rotor_04/accueil.1679272023.txt.gz
  • Dernière modification : 2023/04/05 08:59
  • (modification externe)