Wat is aeroelasticiteit?

Aeroelasticiteit is de studie van de interactie van aerodynamische spanningen, traagheid en elastische reacties in fysieke structuren.Dergelijke interacties kunnen zowel statische als dynamische reacties produceren.Onstabiele dynamische reacties in componenten kunnen onder bepaalde omstandigheden leiden tot structureel falen.Aeroelasticiteit houdt zich meestal bezig met het ontwerpen van structuren die stabiel zijn wanneer ze worden onderworpen aan een dynamische luchtstroom.Deze structuren zijn vaak vliegtuigen, maar ze kunnen ook bruggen, windturbines en andere elementen op terrestreur.

De meeste materialen, inclusief metalen, vertonen elastisch gedrag bij het reageren op externe spanningen.Elastische materialen keren terug naar hun oorspronkelijke grootte en vorm als ze niet voorbij een kritieke hoeveelheid worden vervormd.Terwijl ze vervormd zijn, zullen ze zich uitrekken of krimpen volgens het stressniveau.Een metalen veer strekt zich uit wanneer ze aan de randen worden getrokken, maar blijft niet permanent vervormd nadat deze is vrijgegeven.In feite gedragen zelfs solide stukken metaal zich op deze manier.

In een vliegtuig passen externe aerodynamische krachten mechanische stress toe op de vleugels en het hoofdlichaam.In termen van aeroelasticiteit is deze stress vergelijkbaar met een spanning die rechtstreeks wordt toegepast op het materiaal mdash; bijvoorbeeld door gewichten in het vliegtuig te plaatsen.Als reactie zal de structuur van het vliegtuig enigszins vervormen.Dit zal de vorm van het vlak enigszins veranderen, wat op zijn beurt de exacte aerodynamische spanning zal beïnvloeden.In een statisch scenario zal de structurele respons van het vliegtuig een evenwicht bereiken met de nieuwe aerodynamische spanningen.

Wanneer een structuur begint te vervormen vanwege aerodynamische spanningen, krijgt deze inertie of momentum, omdat deze zich verplaatst om van vorm te veranderen.Zodra het zijn nieuwe "evenwicht" -positie bereikt, stopt het niet onmiddellijk;Integendeel, het schiet deze positie over omdat het traagheid heeft gekregen.Aerodynamische spanningen kunnen de neiging hebben om de structuur te herstellen in een evenwichtsvorm, maar soms kan er een oscillatie optreden.Het vereist wrijving of een soort dempingskracht om deze oscillatie te vertragen.Met andere woorden, de structuur kan een evenwichtsvorm hebben, maar als het teveel traagheid oppakt telkens wanneer het naar die vorm beweegt, zal het in een onstabiel evenwicht zijn.

Veel mensen waren getuige van dit belangrijke aspect van aeroelasticiteit op 7 november 1940, toen de Tacoma Narrows Bridge in de Amerikaanse staat Washington begon te trillen vanwege harde wind.De natuurlijke frequentie van de brug, die gerelateerd is aan hoe snel de brug zal trillen, was toevallig vergelijkbaar met de snelheid die de wind veranderde.Wanneer dit gebeurt, kan de wind ervoor zorgen dat de brug steeds meer trilt.In het geval van Tacoma Narrows Bridge leidde de weggelopen structurele trillingen tot de vernietiging van de brug.Dit evenement leidde tot een toename van de interesse en onderzoek van aeroelasticiteit.