تحلیل آیروالاستیسیته فن محوری
فن در موتور توربوفن اولین جزء دوار موتور بوده که در تقابل با جریان هوای ورودی است. از این رو در معرض برخورد اجسام موجود در فضا مانند پرنده‌ها و همچنین برخورد شن و ریزگردهای موجود در هوا و شرایط جوی قرار می‌گیرد. از طرفی طول این پره‌ها بلندتر از سایر پره‌های موجود در موتور مانند پره‌های کمپرسور و توربین بوده که این موضوع مسائل مربوط به تنش‌های ناشی از نیروهای جانب مرکز و نیز ارتعاشات آن‌ها را بحرانی‌تر می‌سازد. بنابراین با توجه به شرایط خاص حاکم بر فن‌ها، مطالعه و بررسی آیرودینامیک و سازه پره‌های فن تاثیر به سزایی در توسعه طراحی آن خواهد داشت. در این مقاله تحلیل آیروالاستیسیته استاتیکی و دینامیکی که متشکل از تحلیل عددی جریان، آنالیز ارتعاشی و تغییر شکل ردیف پره رتور توربوفن است صورت گرفته است.
به این منظور دو نوع تحلیل آیروالاستیسیته استاتیکی و دینامیکی انجام شد که در تحلیل استاتیکی از کوپل نرم افزارهای CFX و Static Structural و در تحلیل دینامیکی از کوپل نرم‌افزارهای CFX و Transient Structural نتایج بدست آمد. در تحلیل استاتیک حل عددی جریان پایا صورت پذیرفته و پس از آن فشارهای ناشی از جریان به پره اعمال شده‌اند. در ادامه آنالیز ارتعاشی و استحکامی بر روی یک پره از ردیف پره رتور صورت گرفته و در نهایت فرکانس‌های تحریک در نمودار کمپل حاصل از تحلیل دینامیکی اعمال گردیده است. در تحلیل دینامیکی که حل عددی جریان ناپایا و شرایط هندسی لحظه‌ای است، تغییر شکل‌های پره مورد بررسی قرار گرفته است. این تغییر شکل‌ها برای شرایط طراحی و یک نقطه دیگر ارائه شده است.
مدل‌سازی عددی این تحلیل در نرم‌افزار CFX 15.0 انجام شد. این نرم‌افزار از محصولات شرکت انسیس بوده و به منظور شبیه‌سازی جریان سیال طراحی شده است. این نرم‌افزار از قوی‌تری ماژول‌های تحلیل عددی جریان در توربوماشین‌ها محسوب می‌شود که ماژول اختصاصی توربومود با وظیفه اصلی شبیه‌سازی توربوماشین‌ها شاهد بر این مدعاست. در تحلیل عددی حاضر معادلات بقای جرم، ممنتوم و انرژی معادلات اصلی تحلیل عددی جریان بوده‌اند، و از مدل توربولانسی k-w که مناسب برای تحلیل هندسه‌های پیچیده است، استفاده شد.
