Hva er aeroelasticitet?

Aeroelasticitet er studiet av interaksjonen mellom aerodynamiske påkjenninger, treghet og elastiske responser i fysiske strukturer. Slike interaksjoner kan gi både statiske og dynamiske svar. Ustabile dynamiske responser i komponenter kan føre til strukturell svikt under visse forhold. Aeroelasticitet er typisk opptatt av å utforme strukturer for å være stabile når de utsettes for en dynamisk luftstrøm. Disse strukturene er ofte fly, men de kan også omfatte broer, vindturbiner og andre terrestriske baserte elementer.

De fleste materialer, inkludert metaller, viser elastisk oppførsel når de reagerer på ytre belastninger. Elastiske materialer vil returnere til sin opprinnelige størrelse og form hvis de ikke er deformert utover en kritisk mengde. Mens deformeres, vil de strekke seg eller krympe i henhold til belastningsnivået. En metallfjær strekker seg når den trekkes i kantene, men forblir ikke permanent deformert etter at den er løst ut. Selv solide metallstykker oppfører seg faktisk på denne måten.

I et fly utøver eksterne aerodynamiske krefter mekanisk belastning på vingene og hovedkroppen. Når det gjelder aeroelasticitet, er denne påkjenningen lik en påkjenning som påføres direkte på materialet - for eksempel fra å plassere vekter på flyet. Som svar vil strukturen til flyet deformeres litt på grunn. Dette vil endre formen på flyet noe, noe som igjen vil påvirke den eksakte aerodynamiske belastningen. I et statisk scenario vil flyets strukturelle respons nå likevekt med de nye aerodynamiske påkjenningene.

Når en struktur begynner å deformeres på grunn av aerodynamiske påkjenninger, vil den få treghet, eller fart, når den beveger seg for å endre form. Når den når sin nye "likevekt" -posisjon, stopper den ikke umiddelbart; snarere overskygger den denne posisjonen fordi den har fått treghet. Aerodynamiske spenninger kan ha en tendens til å gjenopprette strukturen til en likevektsform, men noen ganger kan det oppstå en svingning. Det krever friksjon eller en slags dempingskraft for å bremse denne svingningen. Med andre ord kan strukturen ha en likevektsform, men hvis den tar opp for mye treghet hver gang den beveger seg mot den formen, vil den være i en ustabil likevekt.

Mange mennesker var vitne til dette viktige aspektet av aeroelasticitet 7. november 1940, da Tacoma Narrows Bridge i den amerikanske delstaten Washington begynte å vibrere på grunn av sterk vind. Broens naturlige frekvens, som er relatert til hvor fort broen vil vibrere, var tilfeldigvis lik hastigheten som vinden endret retning. Når dette skjer, kan vinden føre til at broen vibrerer mer og mer. Når det gjelder Tacoma Narrows Bridge, førte den løpende strukturelle vibrasjonen til broens ødeleggelse. Denne hendelsen førte til en økning i aeroelasticitetsinteresse og forskning.