Qu'est-ce que l'aéroélasticité?
L'aéroélasticité est l'étude de l'interaction des tensions aérodynamiques, de l'inertie et des réactions élastiques dans les structures physiques. De telles interactions peuvent provoquer des réactions statiques et dynamiques. Des réactions dynamiques instables dans les composants peuvent entraîner une défaillance structurelle dans certaines conditions. L'aéroélasticité consiste généralement à concevoir des structures afin qu'elles soient stables lorsqu'elles sont exposées à un flux d'air dynamique. Ces structures sont souvent des aéronefs, mais peuvent également comprendre des ponts, des éoliennes et d'autres éléments terrestres.
La plupart des matériaux, y compris les métaux, présentent un comportement élastique lorsqu'ils répondent à des contraintes externes. Les matériaux élastiques reprennent leur taille et leur forme d'origine s'ils ne sont pas déformés au-delà d'une valeur critique. Pendant la déformation, ils se dilatent ou rétrécissent en fonction de la charge. Un ressort métallique se dilate sur les bords lorsqu'il est tiré, mais ne reste pas déformé de façon permanente après le desserrage. En fait, les pièces métalliques solides se comportent également de cette façon.
Dans un avion, des forces aérodynamiques externes exercent une contrainte mécanique sur les ailes et le corps principal. En termes d'aéroélasticité, cette contrainte est similaire à une contrainte qui s'exerce directement sur le matériau, par exemple en plaçant des poids sur l'aéronef. En réponse, la structure de l'avion se déforme légèrement. Cela modifie légèrement la forme de l'avion, ce qui affecte à son tour la charge aérodynamique exacte. Dans un scénario statique, le comportement structurel de l'avion sera en équilibre avec les nouvelles charges aérodynamiques.
Lorsqu'une structure commence à se déformer en raison de contraintes aérodynamiques, elle acquiert de l'inertie ou de l'élan lorsqu'elle se déplace pour changer de forme. Une fois qu'il a atteint sa nouvelle "position d'équilibre", il ne s'arrête pas immédiatement; Il dépasse plutôt cette position car il a gagné en inertie. Les tensions aérodynamiques peuvent tendre à ramener la structure à l'équilibre, mais une oscillation peut parfois se produire. Il nécessite un frottement ou une sorte de force d'amortissement pour ralentir cette vibration. En d'autres termes, la structure peut avoir une forme d'équilibre, mais si elle prend trop d'inertie à chaque fois qu'elle s'approche de cette forme, elle sera dans un équilibre instable.
Beaucoup de gens ont connu cet aspect important de l'aéroélasticité le 7 novembre 1940, lorsque le pont de Tacoma Narrows dans l'État de Washington a commencé à vibrer en raison de vents violents. La fréquence naturelle du pont, qui se rapporte à la rapidité avec laquelle le pont vibre, se trouve être similaire à la vitesse à laquelle le vent change de direction. Dans ce cas, le vent peut faire vibrer de plus en plus le pont. Dans le cas du pont de Tacoma Narrows, les vibrations structurelles incontrôlées ont entraîné la destruction du pont. Cet événement a conduit à une augmentation de l'intérêt et de la recherche en aéroélasticité.