Aeroelasticity là gì?

Aeroelasticity là nghiên cứu về sự tương tác của các ứng suất khí động học, quán tính và phản ứng đàn hồi trong các cấu trúc vật lý.Các tương tác như vậy có thể tạo ra cả phản ứng tĩnh và động.Phản ứng động không ổn định trong các thành phần có thể dẫn đến sự thất bại cấu trúc trong một số điều kiện nhất định.Aeroelasticity thường quan tâm đến việc thiết kế các cấu trúc để ổn định khi chịu một luồng không khí động.Các cấu trúc này thường là máy bay, nhưng chúng cũng có thể bao gồm các cây cầu, tua-bin gió và các yếu tố dựa trên mặt đất khác.Hầu hết các vật liệu, bao gồm cả kim loại, thể hiện hành vi đàn hồi khi phản ứng với các ứng suất bên ngoài.Vật liệu đàn hồi sẽ trở lại kích thước và hình dạng ban đầu của chúng nếu chúng không bị biến dạng ngoài một lượng quan trọng.Trong khi bị biến dạng, chúng sẽ kéo dài hoặc co lại theo mức độ căng thẳng được áp dụng.Một lò xo kim loại kéo dài ra khi kéo ở các cạnh, nhưng không bị biến dạng vĩnh viễn sau khi nó được giải phóng.Trong thực tế, ngay cả những mảnh kim loại rắn đều hoạt động theo cách này.Trong một máy bay, các lực khí động học bên ngoài áp dụng ứng suất cơ học cho cánh và thân chính.Về tính aeroelastic, ứng suất này tương tự như ứng suất được áp dụng trực tiếp cho vật liệu mdash; ví dụ, từ việc đặt trọng lượng trên máy bay.Để đáp ứng, cấu trúc của máy bay sẽ biến dạng một chút do.Điều này sẽ thay đổi một chút hình dạng của mặt phẳng, từ đó sẽ ảnh hưởng đến căng thẳng khí động học chính xác.Trong một kịch bản tĩnh, phản ứng cấu trúc của máy bay sẽ đạt đến trạng thái cân bằng với các ứng suất khí động học mới.

Khi một cấu trúc bắt đầu biến dạng vì ứng suất khí động học, nó sẽ tăng quán tính, hoặc động lượng, khi nó chuyển sang thay đổi hình dạng.Khi nó đạt đến vị trí cân bằng mới của nó, nó không dừng lại ngay lập tức;Thay vào đó, nó vượt quá vị trí này vì nó đã đạt được quán tính.Các ứng suất khí động học có thể có xu hướng khôi phục cấu trúc về hình dạng cân bằng, nhưng đôi khi một dao động có thể xảy ra.Nó đòi hỏi ma sát hoặc một số loại lực giảm xóc để làm chậm sự dao động này.Nói cách khác, cấu trúc có thể có hình dạng cân bằng, nhưng nếu nó tăng quá nhiều vào mỗi lần nó di chuyển về phía hình dạng đó, nó sẽ ở trạng thái cân bằng không ổn định.Nhiều người đã chứng kiến khía cạnh quan trọng này của tính không khí vào ngày 7 tháng 11 năm 1940, khi cầu Tacoma Narrows ở bang Washington của Hoa Kỳ bắt đầu rung lên vì gió lớn.Tần số tự nhiên của cây cầu, có liên quan đến việc cây cầu sẽ rung nhanh như thế nào, xảy ra tương tự như tốc độ mà gió thay đổi hướng.Khi điều này xảy ra, gió có thể khiến cây cầu rung lên ngày càng nhiều.Trong trường hợp cầu Tacoma Narrows, rung động cấu trúc chạy trốn dẫn đến sự phá hủy của cây cầu.Sự kiện này đã dẫn đến sự gia tăng quan tâm và nghiên cứu về aeroelastic.