¿Qué es la aeroelasticidad?
La aeroelasticidad es el estudio de la interacción de tensiones aerodinámicas, inercia y respuestas elásticas en estructuras físicas. Dichas interacciones pueden producir respuestas estáticas y dinámicas. Las respuestas dinámicas inestables en los componentes pueden conducir a una falla estructural bajo ciertas condiciones. La aeroelasticidad generalmente se refiere al diseño de estructuras para ser estables cuando se someten a un flujo de aire dinámico. Estas estructuras a menudo son aviones, pero también pueden incluir puentes, turbinas eólicas y otros elementos basados en terrestres.
La mayoría de los materiales, incluidos los metales, exhiben un comportamiento elástico al responder a tensiones externas. Los materiales elásticos volverán a su tamaño y forma originales si no se deforman más allá de una cantidad crítica. Mientras se deforman, se estirarán o encogerán de acuerdo con el nivel de estrés aplicado. Un resorte de metal se extiende cuando se tira en los bordes, pero no permanece deformado permanentemente después de su liberación. De hecho, incluso piezas sólidas deEl metal se comporta de esta manera.
En un avión, las fuerzas aerodinámicas externas aplican estrés mecánico a las alas y al cuerpo principal. En términos de aeroelasticidad, este estrés es similar a un estrés aplicado directamente al material, por ejemplo, al colocar pesos en el avión. En respuesta, la estructura del avión se deformará ligeramente debido. Esto alterará ligeramente la forma del plano, lo que a su vez afectará el estrés aerodinámico exacto. En un escenario estático, la respuesta estructural del avión alcanzará el equilibrio con las nuevas tensiones aerodinámicas.
Cuando una estructura comienza a deformarse debido a las tensiones aerodinámicas, ganará inercia o impulso, a medida que se mueve para cambiar de forma. Una vez que alcanza su nueva posición de "equilibrio", no se detiene inmediatamente; Más bien, sobrepasa esta posición porque ha ganado inercia. Las tensiones aerodinámicas pueden tender a restaurarE estructura a una forma de equilibrio, pero a veces puede ocurrir una oscilación. Requiere fricción o algún tipo de fuerza de amortiguación para retrasar esta oscilación. En otras palabras, la estructura puede tener una forma de equilibrio, pero si recoge demasiada inercia cada vez que se mueve hacia esa forma, estará en un equilibrio inestable.
Muchas personas fueron testigos de este importante aspecto de la aeroelasticidad el 7 de noviembre de 1940, cuando el Puente de Tacoma Narra en el estado de Washington de los Estados Unidos comenzó a vibrar debido a los fuertes vientos. La frecuencia natural del puente, que está relacionada con la rapidez con que vibrará el puente, resultó similar a la velocidad del viento que cambió las direcciones. Cuando esto sucede, el viento puede hacer que el puente vibre cada vez más. En el caso de Tacoma Narrows Bridge, la vibración estructural fugitiva condujo a la destrucción del puente. Este evento condujo a un aumento en el interés y la investigación de aeroelasticidad.