Rotor 66

About

Rotor 66 is part of a 51 centimeter-diameter, five-stage compressor having a design weight flow of 29.7 kilograms per second with a pressure ratio of 9.27. Performance data obtained from tests indicated that the first stage was not meeting its design performance.

• Original technical report ^[1]:

  @TechReport{urasek1976design,
    author           = {Urasek, Donald C. and Steinke, Ronald J. and Lewis, George W.},
    date             = {1976},
    institution      = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States},
    title            = {Performance of inlet stage of transonic compressor},
    number           = {NASA-TM X-3345},
    url              = {https://ntrs.nasa.gov/citations/19760009935},
    }  

• Picture :

• @Misc{brown1974records,
  author   = {Brown, M.},
  title    = {First stage rotor wheel from 5 stage compressor. {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},
  year     = {1974},
  url      = {https://catalog.archives.gov/id/17423368}}

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 66 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

The original material of the rotor 66 is not defined in the NASA report. A generic titanium Ti-6Al-4V is 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^[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:

• 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)

À propos

Le rotor 66 fait partie d'un compresseur à cinq étages de 51 centimètres de diamètre ayant un débit nominal de 29,7 kilogrammes par seconde et un taux de compression de 9,27. Les données de performance obtenues lors de tests ont indiqué que le premier étage n'atteignait pas ses performances de conception.

• Rapport technique original ^[1]:

  @TechReport{urasek1976design,
    author           = {Urasek, Donald C. and Steinke, Ronald J. and Lewis, George W.},
    date             = {1976},
    institution      = {NASA Lewis Research Center Cleveland, OH, United States},
    title            = {Performance of inlet stage of transonic compressor},
    number           = {NASA-TM X-3345},
    url              = {https://ntrs.nasa.gov/citations/19760009935},
    }  

• Photographie :

• @Misc{brown1974records,
  author   = {Brown, M.},
  title    = {First stage rotor wheel from 5 stage compressor. {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},
  year     = {1974},
  url      = {https://catalog.archives.gov/id/17423368}}

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 66 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 original du rotor 66 n'est pas défini dans le rapport de la NASA. Un alliage de titane Ti-6Al-4v est considéré :

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^[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 :

• 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)