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public:modeles:rotor_54:accueil [2023/04/01 17:40] – ikrambeghdadipublic:modeles:rotor_54:accueil [2024/07/30 12:01] (Version actuelle) – [Natural frequencies] rafaelbarraud
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 **[[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor54|Git project]]** **[[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor54|Git project]]**
 </modal>  </modal> 
-===== Original model =====+===== About =====
  
 Rotor 54 is part of a research program to study fan stages suitable for use in engines for quiet powered lift aircraft. Experimental studies have been conducted on fan stages suitable for use in engines for quiet powered lift aircraft using the externally blown flap. The externally blown flap aircraft requires a large flow of low velocity air for effective lift and low noise during take-off and landing. To meet the low noise requirement, the fans will be required to have low tip speed and low-pressure ratio. The pressure ratios of interest in the program range from 1.15 to 1.4. Rotor 54 has a pressure ratio of 1.2. Rotor 54 is part of a research program to study fan stages suitable for use in engines for quiet powered lift aircraft. Experimental studies have been conducted on fan stages suitable for use in engines for quiet powered lift aircraft using the externally blown flap. The externally blown flap aircraft requires a large flow of low velocity air for effective lift and low noise during take-off and landing. To meet the low noise requirement, the fans will be required to have low tip speed and low-pressure ratio. The pressure ratios of interest in the program range from 1.15 to 1.4. Rotor 54 has a pressure ratio of 1.2.
  
-  * Original technical report [(cite:lewis1976deisgn>Lewis. «Aerodynamic performance of a 1.20-pressure-ratio fan stage designed for low noise » 1976.  {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19760026047|pdf}})]: <code>@TechReport{lewis1976deisgn,+  * Original technical report [(cite:lewis1976deisgn>Lewis G.W., Moore R. D. «Aerodynamic performance of a 1.20-pressure-ratio fan stage designed for low noise » 1976.  {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19760026047|pdf}})]: <code>@TechReport{lewis1976deisgn,
   author           = {Lewis, George W. and Moore, R. D.},   author           = {Lewis, George W. and Moore, R. D.},
-  date             = {1976},+  year             = {1976},
   institution      = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States},   institution      = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States},
   title            = {Aerodynamic performance of a 1.20-pressure-ratio fan stage designed for low noise},   title            = {Aerodynamic performance of a 1.20-pressure-ratio fan stage designed for low noise},
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 {{ :public:modeles:rotor_54:gene_aubes_nasa_image_rotor54.png?300 |}} {{ :public:modeles:rotor_54:gene_aubes_nasa_image_rotor54.png?300 |}}
-<caption>Fig1. https://catalog.archives.gov/id/17444857</caption>+<caption>Fig. 1 https://catalog.archives.gov/id/17444857</caption>
    
-<code>@Misc{unknown1975records,+  * <code>@Misc{unknown1975records,
 author   = {Unknown}, author   = {Unknown},
 title    = {Stage 54 rotor. {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}, title    = {Stage 54 rotor. {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},
-note     = {\href{https://catalog.archives.gov/id/17444857}{https://catalog.archives.gov/id/17444857}, 1975 }, % for Fig. 1}+year     = {1975}, 
 +url      = {https://catalog.archives.gov/id/17444857}
 </code> </code>
  
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   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor54|downloadable models]] (Git project)   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor54|downloadable models]] (Git project)
   * {{ :public:modeles:rotor_54:rotor54.pdf | NASA technical report}} (.pdf)   * {{ :public:modeles:rotor_54:rotor54.pdf | NASA technical report}} (.pdf)
-  * {{ :public:modeles:rotor_54:rotor54_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_54:rotor54_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 source code}})] to generate reference blade models.
 </callout> </callout>
  
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-===== Geometry =====+==== Geometry ====
  
 The geometry of rotor 54 is described in the [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19760026047|original NASA report]]  by the following tables. The length are in centimeters and the angles in degrees. The geometry of rotor 54 is described in the [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19760026047|original NASA report]]  by the following tables. The length are in centimeters and the angles in degrees.
 {{ :public:modeles:rotor_54:gene_aubes_nasa_geom_rotor54.png?400 |}} {{ :public:modeles:rotor_54:gene_aubes_nasa_geom_rotor54.png?400 |}}
  
-===== Aerodynamic design  =====+==== Aerodynamic design  ====
  
 ^                      ^  unit  ^ values  ^ ^                      ^  unit  ^ values  ^
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 ^ aspect ratio          |  [-]     | 3.9     | ^ aspect ratio          |  [-]     | 3.9     |
 ^ number of blades       |  [-]     | 42      | ^ number of blades       |  [-]     | 42      |
-^ rotative speed  |  [rad/s]  | 900 |+^ nominal rotation speed $\omega_n$   |  [rad/s]  | 900 |
  
-===== Material properties  =====+==== Material properties  ====
  
-he original material of the rotor 54 is not defined in the NASA report. +he original material of the rotor 54 is not defined in the NASA report. A generic titanium Ti-6Al-4V is considered:  
- +
-Considered properties: Ti-6Al-4V, generic titanium :+
  
 ^                         ^  unité    ^ valeurs             ^ ^                         ^  unité    ^ valeurs             ^
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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    | 1018.5                       | 183.317                  | +| 1     | 1B    | 1018.50                       | 183.32                  | 
-| 2     | 1T    | 3542.5                      | 663.656                  | +| 2     | 1T    | 3542.50                      | 663.66                  | 
-| 3     | 2B    | 6094.7                      | 1055.71                  |+| 3     | 2B    | 6094.70                      | 1055.71                  |
  
  
 +====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_54:campbell_eng_54_ref.png?500 }}
 +<caption>Campbell diagram computed with a linear centrifugal preload, with clamped root (nominal rotation speed ωₙ = 900 rad/s)</caption>
 +
 +  * {{ :public:modeles:rotor_54:campbell_eng_54_ref.pdf |graph (.pdf)}}
 +  * {{ :public:modeles:rotor_54:campbell_54_ref.csv |Campbell data (.csv)}}
  
 ===== Initial blade ===== ===== Initial 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    | 1019.1                       | 183.027                  | +| 1     | 1B    | 1019.10                       | 183.03                  | 
-| 2     | 1T    | 3539.3                       | 665.313                  | +| 2     | 1T    | 3539.30                       | 665.31                  | 
-| 3     | 2B    | 6074.0                       | 1052.6                  |+| 3     | 2B    | 6074.00                       | 1052.60                 |
  
  
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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    | 1019.1                      | 183.029                  | +| 1     | 1B    | 1019.10                      | 183.03                  | 
-| 2     | 1T    | 3540.8                      | 665.406                  | +| 2     | 1T    | 3540.80                      | 665.41                  | 
-| 3     | 2B    | 6075.8                      | 1052.81                  |+| 3     | 2B    | 6075.80                      | 1052.81                  |
  
 +
 +
 +====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_54:campbell_eng_54_ini.png?500 }}
 +
 +
 +<caption>Campbell diagram computed with a linear centrifugal preload, with clamped root (nominal speed ωₙ = 900 rad/s), 
 +
 +initial blade (orange), reference blade (gray) </caption>
 +
 +  * {{ :public:modeles:rotor_54:campbell_eng_54_ini.pdf |graph (.pdf)}}
 +  * {{ :public:modeles:rotor_54:campbell_54_ini.csv |Campbell data (.csv)}}
  
  
Ligne 147: Ligne 168:
 </modal> </modal>
  
-===== Modèle original =====+===== À propos =====
  
 Le rotor 54 fait partie d'un programme de recherche visant à étudier les étages de soufflante susceptibles d'être utilisés dans des moteurs d'avions plus silencieux. Des études expérimentales ont été menées sur des étages de soufflante utilisant un volet à soufflage externe. L’utilisation de tel volets nécessite un grand débit d'air à faible vitesse pour une portance efficace et un faible niveau de bruit au décollage et à l'atterrissage. Pour répondre à cette exigence de faible bruit, les soufflantes devront avoir une faible vitesse en tête et un faible taux de compression. Les taux de compression d'intérêt dans le programme varient de 1,15 à 1,4. Le rotor 54 possède un taux de compression de 1,2. Le rotor 54 fait partie d'un programme de recherche visant à étudier les étages de soufflante susceptibles d'être utilisés dans des moteurs d'avions plus silencieux. Des études expérimentales ont été menées sur des étages de soufflante utilisant un volet à soufflage externe. L’utilisation de tel volets nécessite un grand débit d'air à faible vitesse pour une portance efficace et un faible niveau de bruit au décollage et à l'atterrissage. Pour répondre à cette exigence de faible bruit, les soufflantes devront avoir une faible vitesse en tête et un faible taux de compression. Les taux de compression d'intérêt dans le programme varient de 1,15 à 1,4. Le rotor 54 possède un taux de compression de 1,2.
  
-* Rapport technique original [(cite:lewis1976deisgn>Lewis. «Aerodynamic performance of a 1.20-pressure-ratio fan stage designed for low noise » 1976.  {{ https://ntrs.nasa.gov/citations/19760026047|pdf}})]: <code>@TechReport{lewis1976deisgn,+  * Rapport technique original [(cite:lewis1976deisgn>)]: <code>@TechReport{lewis1976deisgn,
   author           = {Lewis, George W. and Moore, R. D.},   author           = {Lewis, George W. and Moore, R. D.},
-  date             = {1976},+  year             = {1976},
   institution      = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States},   institution      = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States},
   title            = {Aerodynamic performance of a 1.20-pressure-ratio fan stage designed for low noise},   title            = {Aerodynamic performance of a 1.20-pressure-ratio fan stage designed for low noise},
Ligne 165: Ligne 186:
 <caption>Fig1. https://catalog.archives.gov/id/17444857</caption> <caption>Fig1. https://catalog.archives.gov/id/17444857</caption>
  
-<code>@Misc{unknown1975records,+  * <code>@Misc{unknown1975records,
 author   = {Unknown}, author   = {Unknown},
 title    = {Stage 54 rotor. {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}, title    = {Stage 54 rotor. {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},
-note     = {\href{https://catalog.archives.gov/id/17444857}{https://catalog.archives.gov/id/17444857}, 1975 }, % for Fig. 1}+year     = {1975}, 
 +url      = {https://catalog.archives.gov/id/17444857}
 </code> </code>
  
Ligne 174: Ligne 196:
   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor54|modèles téléchargeables]] (lien vers projet Git)   * [[https://gitlab.lava.polymtl.ca/depots_publics/modeles/catalogue_aubes/-/tree/master/rotor54|modèles téléchargeables]] (lien vers projet Git)
   * {{ :public:modeles:rotor_54:rotor54.pdf | rapport technique original}} de la NASA (.pdf)   * {{ :public:modeles:rotor_54:rotor54.pdf | rapport technique original}} de la NASA (.pdf)
-  * {{ :public:modeles:rotor_54:rotor54_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_54:rotor54_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 182: Ligne 204:
 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:lewis1976deisgn)]. Les modèles associés sont obtenus avec le code en libre accès OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)]. 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:lewis1976deisgn)]. Les modèles associés sont obtenus avec le code en libre accès OpenMCAD[(cite:Kojtych_2022_gene_aubes)].
  
-===== Géométrie =====+==== Géométrie ====
  
 La géométrie du rotor 54 est décrite dans le [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19760026047|rapport d'origine de la NASA]] par les tableaux suivants. Les grandeurs sont en centimètres et en degrés. La géométrie du rotor 54 est décrite dans le [[https://ntrs.nasa.gov/citations/19760026047|rapport d'origine de la NASA]] par les tableaux suivants. Les grandeurs sont en centimètres et en degrés.
Ligne 188: Ligne 210:
 {{ :public:modeles:rotor_54:gene_aubes_nasa_geom_rotor54.png?400 |}} {{ :public:modeles:rotor_54:gene_aubes_nasa_geom_rotor54.png?400 |}}
  
-===== Caractéristiques aérodynamiques  =====+==== Caractéristiques aérodynamiques  ====
 ^                      ^  unités  ^ valeurs  ^ ^                      ^  unités  ^ valeurs  ^
 ^ taux de compression  |  [-]     | 1,2     | ^ taux de compression  |  [-]     | 1,2     |
Ligne 196: Ligne 218:
 ^ allongement          |  [-]     | 3,9     | ^ allongement          |  [-]     | 3,9     |
 ^ nombre d'aubes       |  [-]     | 42     | ^ nombre d'aubes       |  [-]     | 42     |
-^ vitesse de rotation  |  [rad/s]  | 900  |+^ vitesse de rotation nominale $\omega_n$   |  [rad/s]  | 900  |
  
-===== Propriétés matériau  =====+==== Propriétés matériau  ====
  
-Le matériau original du rotor 54 n'est pas défini dans le rapport de la NASA. +Le matériau original du rotor 54 n'est pas défini dans le rapport de la NASA. Un alliage de titane Ti-6Al-4v est considéré :
- +
-Propriétés considérées :  alliage de titane Ti-6Al-4v :+
  
 ^                         ^  unité    ^ valeurs             ^ ^                         ^  unité    ^ valeurs             ^
Ligne 240: Ligne 260:
  
 ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^
-| 1     | 1B    | 1018,5                       | 183,317                  | +| 1     | 1F    | 1018,50                       | 183,32                  | 
-| 2     | 1T    | 3542,5                      | 663,656                  | +| 2     | 1T    | 3542,50                      | 663,66                  | 
-| 3     | 2B    | 6094,7                      | 1055,71                  |+| 3     | 2F    | 6094,70                      | 1055,71                  | 
 + 
 +====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_54:campbell_54_ref.png?500 }} 
 +<caption>diagramme de Campbell calculé avec une précharge centrifuge linéaire, noeuds du pied d'aube encastrés (vitesse nominale ωₙ = 900 rad/s)</caption> 
 + 
 +  * {{ :public:modeles:rotor_54:campbell_54_ref.pdf |graphique (.pdf)}} 
 +  * {{ :public:modeles:rotor_54:campbell_54_ref.csv |données du Campbell (.csv)}} 
 + 
 + 
 + 
  
 ===== Aube initiale ===== ===== Aube initiale =====
Ligne 255: Ligne 286:
  
 ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^
-| 1     | 1B    | 1019,1                       | 183,027                  | +| 1     | 1F    | 1019,10                      | 183,03                  | 
-| 2     | 1T    | 3539,3                       | 665,313                  | +| 2     | 1T    | 3539,30                       | 665,31                  | 
-| 3     | 2B    | 6074,0                       | 1052,6                  |+| 3     | 2F    | 6074,00                       | 1052,60                  |
  
  
Ligne 263: Ligne 294:
  
 ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^ ^ Mode  ^ Type  ^ Pulsation propre (rad/sec)  ^ Fréquence propre (Hz)  ^
-| 1     | 1B    | 1019,1                      | 183,029                  | +| 1     | 1F    | 1019,10                      | 183,03                  | 
-| 2     | 1T    | 3540,8                      | 665,406                  | +| 2     | 1T    | 3540,80                      | 665,41                  | 
-| 3     | 2B    | 6075,8                      | 1052,81                  |+| 3     | 2F    | 6075,80                      | 1052,81                  | 
 + 
 + 
 + 
 +====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_54:campbell_54_ini.png?500 }}
 +<caption>diagramme de Campbell calculé avec une précharge centrifuge linéaire, noeuds du pied d'aube encastrés (vitesse nominale ωₙ = 900 rad/s),
  
 +aube initiale (orange), aube de référence (grise)</caption>
  
 +  * {{ :public:modeles:rotor_54:campbell_54_ini.pdf |graphique (.pdf)}}
 +  * {{ :public:modeles:rotor_54:campbell_54_ini.csv |données du Campbell (.csv)}}
 </pane> </pane>
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  • public/modeles/rotor_54/accueil.1680385200.txt.gz
  • Dernière modification : 2023/04/05 08:59
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