Hvad er aeroelasticitet?
Aeroelasticitet er studiet af interaktionen mellem aerodynamiske spændinger, inerti og elastiske reaktioner i fysiske strukturer. Sådanne interaktioner kan producere både statiske og dynamiske svar. Ustabile dynamiske reaktioner i komponenter kan føre til strukturel svigt under visse betingelser. Aeroelasticitet drejer sig typisk om 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 belastninger. Elastiske materialer vender tilbage til deres oprindelige størrelse og form, hvis de ikke deformeres ud over en kritisk mængde. Mens deformeres, vil de strække sig eller skrumpe i henhold til det anvendte stressniveau. En metalfjeder strækker sig, når den trækkes i kanterne, men forbliver ikke permanent deformeret, efter at den er frigivet. Selv solide metalstykker opfører sig faktisk på denne måde.
I et fly anvender eksterne aerodynamiske kræfter mekanisk belastning på vingerne og hovedlegemet. Med hensyn til aeroelasticitet ligner denne spænding en spænding, der påføres direkte på materialet - for eksempel fra placering af vægte på flyet. Som svar vil flyets struktur deformeres lidt på grund af. Dette ændrer flyets form lidt, hvilket igen vil påvirke den nøjagtige aerodynamiske spænding. I et statisk scenario vil flyets strukturelle respons nå balance med de nye aerodynamiske spændinger.
Når en struktur begynder at deformeres på grund af aerodynamiske spændinger, får den 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 den denne position, fordi den har fået 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 form for dæmpningskraft for at bremse denne svingning. Med andre ord kan strukturen have en ligevægtsform, men hvis den samler op 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. Broens naturlige frekvens, der er relateret til hvor hurtigt broen vil vibrere, var tilfældigvis den hastighed, som 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.