Hvad er aeroelasticitet?

Aeroelasticitet er studiet af interaktionen af aerodynamiske spændinger, inerti og elastiske responser i fysiske strukturer.Sådanne interaktioner kan producere både statiske og dynamiske svar.Ustabile dynamiske responser i komponenter kan føre til strukturel svigt under visse betingelser.Aeroelasticitet er typisk optaget af at designe strukturer, der skal være stabile, når de udsættes for en dynamisk luftstrøm.Disse strukturer er ofte fly, men de kan også omfatte broer, vindmøller og andre jordbaserede elementer.

De fleste materialer, inklusive metaller, udviser elastisk opførsel, når de reagerer på eksterne spændinger.Elastiske materialer vender tilbage til deres originale størrelse og form, hvis de ikke er deformeret ud over et kritisk beløb.Mens de er deformeret, vil de strække eller krympe i henhold til det anvendte stressniveau.En metalfjeder strækker sig ud, når den trækkes i kanterne, men forbliver ikke permanent deformeret, efter at den er frigivet.Faktisk opfører sig selv solide metalstykker på denne måde.

I et fly anvender eksterne aerodynamiske kræfter mekanisk stress på vingerne og hovedkroppen.Med hensyn til aeroelasticitet ligner denne stress en stress, der påføres direkte til materialet mdash; for eksempel fra at placere vægte på flyet.Som svar vil strukturen af flyet deformeres lidt på grund.Dette vil ændre formen på planet lidt, hvilket igen vil påvirke den nøjagtige aerodynamiske stress.I et statisk scenarie vil den strukturelle respons fra flyet nå ligevægt med de nye aerodynamiske spændinger.

Når en struktur begynder at deformere på grund af aerodynamiske spændinger, vil den få inerti eller momentum, når den bevæger sig for at ændre form.Når den når sin nye ”ligevægt” -position, stopper den ikke med det samme;Snarere overskrider det denne position, fordi den har opnået inerti.Aerodynamiske spændinger kan have en tendens til at gendanne strukturen til en ligevægtsform, men nogle gange kan der forekomme en svingning.Det kræver friktion eller en slags dæmpningskraft for at bremse denne svingning.Med andre ord kan strukturen have en ligevægtsform, men hvis den samler for meget inerti, hver gang den bevæger sig mod den form, vil den være i en ustabil ligevægt.

Mange mennesker var vidne til dette vigtige aspekt af aeroelasticitet den 7. november 1940, da Tacoma Narrows Bridge i den amerikanske delstat Washington begyndte at vibrere på grund af høj vind.Den naturlige frekvens af broen, der er relateret til, hvor hurtigt broen vil vibrere, var tilfældigvis den samme som den hastighed, vinden ændrede retninger.Når dette sker, kan vinden få broen til at vibrere mere og mere.I tilfælde af Tacoma Narrows Bridge førte den løbende strukturelle vibration til broens ødelæggelse.Denne begivenhed førte til en stigning i aeroelasticitetsinteresse og forskning.