Vad är aeroelasticitet?

Aeroelasticitet är studien av interaktionen mellan aerodynamiska spänningar, tröghet och elastiska svar i fysiska strukturer.Sådana interaktioner kan ge både statiska och dynamiska svar.Instabila dynamiska svar i komponenter kan leda till strukturellt fel under vissa förhållanden.Aeroelasticitet handlar vanligtvis om att utforma strukturer som är stabila när de utsätts för ett dynamiskt luftflöde.Dessa strukturer är ofta flygplan, men de kan också inkludera broar, vindkraftverk och andra terrestrierade baserade element.

De flesta material, inklusive metaller, uppvisar elastiskt beteende när man svarar på yttre spänningar.Elastiska material kommer att återgå till sin ursprungliga storlek och form om de inte deformeras utöver en kritisk mängd.Medan de deformeras kommer de att sträcka eller krympa beroende på den applicerade stressnivån.En metallfjäder sträcker sig ut när den dras i kanterna, men förblir inte permanent deformerad efter att den har släppts.Faktum är att även fasta metallbitar uppför sig på detta sätt.

I ett flygplan tillämpar yttre aerodynamiska krafter mekanisk stress på vingarna och huvudkroppen.När det gäller aeroelasticitet liknar denna stress en stress som appliceras direkt på materialet mdash; till exempel från att placera vikter på flygplanet.Som svar kommer flygplanets struktur att deformeras något förfaller.Detta kommer att förändra planets form, vilket i sin tur kommer att påverka den exakta aerodynamiska stressen.I ett statiskt scenario kommer flygplanets strukturella svar att nå jämvikt med de nya aerodynamiska spänningarna.

När en struktur börjar deformera på grund av aerodynamiska spänningar kommer den att få tröghet eller fart, när den rör sig för att ändra form.När den når sin nya "jämvikt" -position stannar den inte omedelbart;Snarare överskrider det denna position eftersom den har fått tröghet.Aerodynamiska spänningar kan tendera att återställa strukturen till en jämviktsform, men ibland kan en svängning uppstå.Det kräver friktion eller någon form av dämpningskraft för att bromsa denna svängning.Med andra ord kan strukturen ha en jämviktsform, men om den plockar upp för mycket tröghet varje gång den rör sig mot den formen kommer den att vara i en instabil jämvikt.

Många bevittnade denna viktiga aspekt av aeroelasticitet den 7 november 1940, när Tacoma minskar bron i den amerikanska delstaten Washington började vibrera på grund av höga vindar.Den naturliga frekvensen av bron, som är relaterad till hur snabbt bron kommer att vibrera, råkade likna den hastighet som vinden ändrade riktningar.När detta händer kan vinden få bron att vibrera mer och mer.När det gäller Tacoma Narrows Bridge ledde den spridda strukturella vibrationen till broens förstörelse.Denna händelse ledde till en ökning av aeroelasticitetsintresse och forskning.