O que é aeroelasticidade?
Aeroelasticidade é o estudo da interação de tensões aerodinâmicas, inércia e respostas elásticas em estruturas físicas. Tais interações podem produzir respostas estáticas e dinâmicas. Respostas dinâmicas instáveis nos componentes podem levar a falhas estruturais sob certas condições. A aeroelasticidade normalmente se preocupa em projetar estruturas para serem estáveis quando submetidas a um fluxo de ar dinâmico. Essas estruturas geralmente são aeronaves, mas também podem incluir pontes, turbinas eólicas e outros elementos terrestres.
A maioria dos materiais, incluindo metais, exibe comportamento elástico ao responder a tensões externas. Os materiais elásticos retornarão ao tamanho e forma originais se não forem deformados além de uma quantidade crítica. Enquanto estão deformados, eles se esticam ou encolhem de acordo com o nível de estresse aplicado. Uma mola de metal se estende quando puxada pelas bordas, mas não permanece deformada permanentemente após ser liberada. De fato, mesmo pedaços sólidos de metal se comportam dessa maneira.
Em um avião, forças aerodinâmicas externas aplicam estresse mecânico nas asas e no corpo principal. Em termos de aeroelasticidade, esse estresse é semelhante ao aplicado diretamente ao material - por exemplo, ao colocar pesos no avião. Em resposta, a estrutura do avião se deforma levemente devido. Isso alterará levemente a forma do avião, o que, por sua vez, afetará o estresse aerodinâmico exato. Em um cenário estático, a resposta estrutural do avião alcançará o equilíbrio com as novas tensões aerodinâmicas.
Quando uma estrutura começa a se deformar devido a tensões aerodinâmicas, ela ganha inércia, ou momento, à medida que se move para mudar de forma. Quando atinge sua nova posição de "equilíbrio", não para imediatamente; ao contrário, supera essa posição porque ganhou inércia. As tensões aerodinâmicas podem tender a restaurar a estrutura para um formato de equilíbrio, mas às vezes uma oscilação pode ocorrer. Requer fricção ou algum tipo de força de amortecimento para retardar essa oscilação. Em outras palavras, a estrutura pode ter uma forma de equilíbrio, mas se captar muita inércia cada vez que se mover em direção a essa forma, ela estará em um equilíbrio instável.
Muitas pessoas testemunharam esse importante aspecto da aeroelasticidade em 7 de novembro de 1940, quando a ponte Tacoma Narrows, no estado americano de Washington, começou a vibrar por causa dos ventos fortes. A frequência natural da ponte, relacionada à rapidez com que a ponte vibrará, foi semelhante à taxa em que o vento mudou de direção. Quando isso acontece, o vento pode fazer com que a ponte vibre cada vez mais. No caso da ponte Tacoma Narrows, a vibração estrutural descontrolada levou à destruição da ponte. Este evento levou a um aumento no interesse e na pesquisa de aeroelasticidade.