Τι είναι η αεροελαστικότητα;

Η αεροελαστικότητα είναι η μελέτη της αλληλεπίδρασης των αεροδυναμικών πιέσεων, της αδράνειας και των ελαστικών αποκρίσεων στις φυσικές δομές.Τέτοιες αλληλεπιδράσεις μπορούν να παράγουν τόσο στατικές όσο και δυναμικές αποκρίσεις.Οι ασταθές δυναμικές αποκρίσεις στα εξαρτήματα μπορούν να οδηγήσουν σε δομική αποτυχία υπό ορισμένες συνθήκες.Η αεροελαστικότητα συνήθως ασχολείται με το σχεδιασμό δομών να είναι σταθερή όταν υποβάλλεται σε δυναμική ροή αέρα.Αυτές οι δομές είναι συχνά αεροσκάφη, αλλά μπορούν επίσης να περιλαμβάνουν γέφυρες, ανεμογεννήτριες και άλλα χερσαία στοιχεία.

Τα περισσότερα υλικά, συμπεριλαμβανομένων των μετάλλων, παρουσιάζουν ελαστική συμπεριφορά όταν ανταποκρίνονται σε εξωτερικές πιέσεις.Τα ελαστικά υλικά θα επιστρέψουν στο αρχικό τους μέγεθος και σχήμα εάν δεν παραμορφώνονται πέρα από ένα κρίσιμο ποσό.Ενώ παραμορφώνονται, θα τεντώσουν ή θα συρρικνωθούν σύμφωνα με το επίπεδο του στρες που εφαρμόζονται.Ένα μεταλλικό ελατήριο εκτείνεται όταν τραβιέται στις άκρες, αλλά δεν παραμένει μόνιμα παραμορφωμένο μετά την απελευθέρωσή της.Στην πραγματικότητα, ακόμη και τα στερεά κομμάτια του μετάλλου συμπεριφέρονται με αυτόν τον τρόπο.

Σε ένα αεροπλάνο, οι εξωτερικές αεροδυναμικές δυνάμεις εφαρμόζουν μηχανική τάση στα φτερά και το κύριο σώμα.Όσον αφορά την αεροελαστικότητα, αυτό το στρες είναι παρόμοιο με ένα στρες που εφαρμόζεται απευθείας στο υλικό mdash, για παράδειγμα, από την τοποθέτηση βάρη στο αεροπλάνο.Σε απάντηση, η δομή του αεροπλάνου θα παραμορφωθεί ελαφρώς οφειλόμενη.Αυτό θα μεταβάλει ελαφρώς το σχήμα του επιπέδου, το οποίο με τη σειρά του θα επηρεάσει το ακριβές αεροδυναμικό στρες.Σε ένα στατικό σενάριο, η δομική απόκριση του αεροπλάνου θα φτάσει στην ισορροπία με τις νέες αεροδυναμικές πιέσεις.

Όταν μια δομή αρχίζει να παραμορφώνεται λόγω αεροδυναμικών καταπονήσεων, θα κερδίσει αδράνεια ή ορμή, καθώς κινείται για να αλλάξει το σχήμα.Μόλις φτάσει στη νέα θέση της "ισορροπίας", δεν σταματά αμέσως.Αντίθετα, υπερβαίνει αυτή τη θέση επειδή έχει αποκτήσει αδράνεια.Οι αεροδυναμικές καταπονήσεις μπορεί να τείνουν να αποκαθιστούν τη δομή σε σχήμα ισορροπίας, αλλά μερικές φορές μπορεί να συμβεί ταλάντωση.Απαιτεί τριβή ή κάποιο είδος δύναμης απόσβεσης για να επιβραδύνει αυτή την ταλάντωση.Με άλλα λόγια, η δομή μπορεί να έχει σχήμα ισορροπίας, αλλά αν πάρει υπερβολική αδράνεια κάθε φορά που κινείται προς αυτό το σχήμα, θα είναι σε μια ασταθής ισορροπία.

Πολλοί άνθρωποι είδαν αυτή τη σημαντική πτυχή της αεροελαστικότητας στις 7 Νοεμβρίου 1940, όταν η γέφυρα Tacoma Narrows στην πολιτεία των ΗΠΑ της Ουάσινγκτον άρχισε να δονείται λόγω υψηλών ανέμων.Η φυσική συχνότητα της γέφυρας, η οποία σχετίζεται με το πόσο γρήγορα θα δοθεί η γέφυρα, συνέβη να είναι παρόμοια με το ρυθμό που άλλαξε ο άνεμος.Όταν συμβεί αυτό, ο άνεμος μπορεί να προκαλέσει τη γέφυρα να δονείται όλο και περισσότερο.Στην περίπτωση της γέφυρας Tacoma Narrows, η δομική δόνηση που διαφεύγει οδήγησε στην καταστροφή της γέφυρας.Το γεγονός αυτό οδήγησε σε αύξηση του ενδιαφέροντος και της έρευνας της αεροελαστικότητας.