Rotor 20
About
Rotor 20 is part of a research program to study the effect of tip velocity ratio on compressors performances. It has been designed for a stage tip velocity ratio of 0.8.
- Original technical report [1]:
@TechReport{moore1978design, author = {Moore, R. D. and Lewis, George W. and Osborn, Walter M.}, date = {1978}, institution = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States}, title = {Performance of a Transonic Fan Stage Designed for a Low Meridional Velocity Ratio}, number = {NASA-TP-1298}, url = {https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19780025164/downloads/19780025164.pdf},
- 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 20 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 | [-] | 1.57 |
mass flow | [kg/s] | 29.5 |
tip speed | [m/s] | 425 |
tip solidity | [-] | 1.3 |
aspect ratio | [-] | 2.5 |
number of blades | [-] | 44 |
nominal rotation speed $\omega_n$ | [rad/s] | 1686 |
Material properties
The original material of the rotor 20 is not defined in the NASA report. A generic titanium Ti-6Al-4V is considered:
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 | 1374.86 | 218.82 |
2 | 2B | 5070.79 | 807.04 |
3 | 1T | 7887.28 | 1255.30 |
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 | 1375.47 | 218.91 |
2 | 2B | 5066.25 | 806.32 |
3 | 1T | 7896.27 | 1256.73 |
- from the reduced order model:
Mode | Type | Natural angular frequency (rad/sec) | Natural frequency (Hz) |
---|---|---|---|
1 | 1B | 1375.5 | 218.92 |
2 | 2B | 5068.12 | 806.62 |
3 | 1T | 7898.53 | 1257.09 |
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:
À propos
Le rotor 20 fait partie d'un programme de recherche visant à étudier l'effet du rapport de vitesse en tête sur les performances des compresseurs. Il a été conçu pour un rapport de vitesse en tête de 0,8.
- Rapport technique original [1]:
@TechReport{moore1978design, author = {Moore, R. D. and Lewis, George W. and Osborn, Walter M.}, date = {1978}, institution = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States}, title = {Performance of a Transonic Fan Stage Designed for a Low Meridional Velocity Ratio}, number = {NASA-TP-1298}, url = {https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19780025164/downloads/19780025164.pdf}, }
- 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 20 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 | [-] | 1,57 |
débit massique | [kg/s] | 29,5 |
vitesse en tête | [m/s] | 425 |
solidité en tête | [-] | 1,3 |
allongement | [-] | 2,5 |
nombre d'aubes | [-] | 44 |
vitesse de rotation nominale $\omega_n$ | [rad/s] | 1686 |
Propriétés matériau
Le matériau original du rotor 20 n'est pas défini dans le rapport de la NASA. 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[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 | 1374,86 | 218,82 |
2 | 2F | 5070,79 | 807,04 |
3 | 1T | 7887,28 | 1255,30 |
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 | 1375,47 | 218,91 |
2 | 2F | 5066,25 | 806,32 |
3 | 1T | 7896,27 | 1256,73 |
- pour le modèle réduit :
Mode | Type | Pulsation propre (rad/sec) | Fréquence propre (Hz) |
---|---|---|---|
1 | 1F | 1375,50 | 218,92 |
2 | 2F | 5068,12 | 806,62 |
3 | 1T | 7898,53 | 1257,09 |
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_20/accueil.txt
- Dernière modification : 2024/08/06 16:58
- de rafaelbarraud