Co je to aeroelasticita?

Aeroelasticita je studie interakce aerodynamických napětí, setrvačnosti a elastických reakcí ve fyzických strukturách.Takové interakce mohou způsobit statické i dynamické reakce.Nestabilní dynamické reakce ve složkách mohou za určitých podmínek vést ke strukturálnímu selhání.Aeroelasticita se obvykle zabývá navrhováním struktur, které jsou stabilní, pokud jsou podrobeny dynamickému toku vzduchu.Tyto struktury jsou často letadly, ale mohou také zahrnovat mosty, větrné turbíny a další prvky založené na suchozemštině.

Většina materiálů, včetně kovů, vykazuje elastické chování při reakci na vnější napětí.Elastické materiály se vrátí do své původní velikosti a tvaru, pokud nejsou deformovány za kritické množství.Během deformování se natahují nebo se zmenšují podle úrovně napětí.Kovová pružina se táhne, když je tažena na okrajích, ale po uvolnění nezůstává trvale deformovaná.Ve skutečnosti se tímto způsobem chovají i pevné kousky kovu.

V letadle aplikují vnější aerodynamické síly mechanické napětí na křídla a hlavní tělo.Pokud jde o aeroelasticitu, je tento napětí podobný napětí aplikovanému přímo na materiál a mdash; například z umístění hmotností do letadla.V reakci na to se struktura letadla mírně deformuje.Tím se mírně změní tvar roviny, což zase ovlivní přesné aerodynamické napětí.Ve statickém scénáři dosáhne strukturální odezva letadla rovnováha s novým aerodynamickým napětím.

Když se struktura začne deformovat kvůli aerodynamickému napětí, získá setrvačnost nebo hybnost, protože se pohybuje ke změně tvaru.Jakmile dosáhne své nové polohy „rovnovážné“, nezastaví se okamžitě;Spíše to překročí tuto pozici, protože získala setrvačnost.Aerodynamická napětí může mít tendenci obnovit strukturu do rovnovážného tvaru, ale někdy může dojít k oscilaci.Vyžaduje to tření nebo nějaký druh tlumení síly, aby zpomalil tuto oscilaci.Jinými slovy, struktura může mít rovnovážný tvar, ale pokud zvedne příliš mnoho setrvačnosti pokaždé, když se pohybuje k tomuto tvaru, bude to v nestabilní rovnováze.

Mnoho lidí bylo svědkem tohoto důležitého aspektu aeroelasticity 7. listopadu 1940, kdy most Tacoma Narrows ve státě USA ve Washingtonu začal vibrovat kvůli vysokému větru.Přirozená frekvence můstku, která souvisí s tím, jak rychle bude most vibrovat, se stala podobná rychlosti, kterou vítr změnil směry.Když k tomu dojde, vítr může způsobit, že most vibruje stále více a více.V případě mostu Tacoma Narrows vedl útěkové strukturální vibrace k zničení mostu.Tato událost vedla ke zvýšení zájmu a výzkumu aeroelasticity.