Che cos'è l'aeroelasticità?
L'aeroelasticità è lo studio dell'interazione di stress aerodinamici, inerzia e risposte elastiche nelle strutture fisiche. Tali interazioni possono produrre risposte sia statiche che dinamiche. Le risposte dinamiche instabili nei componenti possono portare a guasti strutturali in determinate condizioni. L'aeroelasticità riguarda in genere la progettazione di strutture stabili quando soggette a un flusso d'aria dinamico. Queste strutture sono spesso aeromobili, ma possono anche includere ponti, turbine eoliche e altri elementi terrestri.
La maggior parte dei materiali, compresi i metalli, presenta un comportamento elastico quando risponde a sollecitazioni esterne. I materiali elastici torneranno alle dimensioni e alla forma originali se non vengono deformati oltre una quantità critica. Durante la deformazione, si allungano o si restringono in base al livello di stress applicato. Una molla metallica si allunga quando viene tirata ai bordi, ma non rimane permanentemente deformata dopo essere stata rilasciata. In effetti, anche i pezzi solidi di metallo si comportano in questo modo.
In un aereo, le forze aerodinamiche esterne applicano stress meccanici alle ali e al corpo principale. In termini di aeroelasticità, questo stress è simile a uno stress applicato direttamente al materiale, ad esempio dal posizionamento dei pesi sull'aereo. In risposta, la struttura dell'aereo si deformerà leggermente a causa. Ciò modificherà leggermente la forma del piano, che a sua volta influenzerà l'esatto stress aerodinamico. In uno scenario statico, la risposta strutturale dell'aereo raggiungerà l'equilibrio con le nuove sollecitazioni aerodinamiche.
Quando una struttura inizia a deformarsi a causa delle sollecitazioni aerodinamiche, acquisirà inerzia o quantità di moto, mentre si sposta per cambiare forma. Una volta raggiunta la sua nuova posizione di "equilibrio", non si ferma immediatamente; piuttosto, supera questa posizione perché ha guadagnato inerzia. Le sollecitazioni aerodinamiche possono tendere a ripristinare la struttura a una forma di equilibrio, ma a volte può verificarsi un'oscillazione. Richiede attrito o una sorta di forza di smorzamento per rallentare questa oscillazione. In altre parole, la struttura può avere una forma di equilibrio, ma se rileva troppa inerzia ogni volta che si sposta verso quella forma, si troverà in un equilibrio instabile.
Molte persone hanno assistito a questo importante aspetto dell'aeroelasticità il 7 novembre 1940, quando il Tacoma Narrows Bridge nello stato americano di Washington ha iniziato a vibrare a causa del forte vento. La frequenza naturale del ponte, che è correlata alla velocità con cui il ponte vibrerà, è risultata simile alla velocità con cui il vento ha cambiato direzione. Quando ciò accade, il vento può far vibrare sempre di più il ponte. Nel caso di Tacoma Narrows Bridge, la vibrazione strutturale in fuga ha portato alla distruzione del ponte. Questo evento ha portato ad un aumento dell'interesse e della ricerca sull'aeroelasticità.