Aeroelasticity คืออะไร?

Aeroelasticity เป็นการศึกษาปฏิสัมพันธ์ของความเค้นแอโรไดนามิกความเฉื่อยและการตอบสนองแบบยืดหยุ่นในโครงสร้างทางกายภาพ การโต้ตอบดังกล่าวสามารถสร้างการตอบสนองทั้งแบบคงที่และแบบไดนามิก การตอบสนองแบบไดนามิกที่ไม่เสถียรในส่วนประกอบสามารถนำไปสู่ความล้มเหลวของโครงสร้างภายใต้เงื่อนไขบางประการ โดยทั่วไปแล้ว Aeroelasticity นั้นเกี่ยวข้องกับการออกแบบโครงสร้างให้มีความเสถียรเมื่ออยู่ภายใต้การไหลของอากาศแบบไดนามิก โครงสร้างเหล่านี้มักจะเป็นเครื่องบิน แต่ก็สามารถรวมถึงสะพานกังหันลมและองค์ประกอบอื่น ๆ

วัสดุส่วนใหญ่รวมถึงโลหะแสดงพฤติกรรมยืดหยุ่นเมื่อตอบสนองต่อความเครียดภายนอก วัสดุยืดหยุ่นจะกลับไปเป็นขนาดและรูปร่างดั้งเดิมหากไม่เปลี่ยนรูปเกินจำนวนที่สำคัญ ในขณะที่ถูกบิดงอพวกเขาจะยืดหรือหดตัวตามระดับของความเครียดที่ใช้ สปริงโลหะยืดออกเมื่อดึงที่ขอบ แต่จะไม่คงรูปอย่างถาวรหลังจากปล่อยออกมา ในความเป็นจริงแม้แต่ชิ้นส่วนโลหะที่เป็นของแข็งก็มีพฤติกรรมเช่นนี้

ในเครื่องบินกองกำลังแอโรไดนามิกภายนอกใช้แรงเชิงกลกับปีกและตัวหลัก ในแง่ของ aeroelasticity ความเครียดนี้คล้ายกับความเครียดที่นำไปใช้โดยตรงกับวัสดุ - ตัวอย่างเช่นจากการวางน้ำหนักบนเครื่องบิน ในการตอบสนองโครงสร้างของเครื่องบินจะผิดปกติเล็กน้อย สิ่งนี้จะเปลี่ยนรูปร่างของเครื่องบินเล็กน้อยซึ่งจะส่งผลต่อความเค้นแอโรไดนามิกที่แน่นอน ในสถานการณ์คงที่การตอบสนองเชิงโครงสร้างของเครื่องบินจะไปถึงจุดสมดุลกับความเค้นตามหลักอากาศพลศาสตร์ใหม่

เมื่อโครงสร้างเริ่มทำให้รูปร่างผิดปกติเนื่องจากความเค้นทางอากาศพลศาสตร์มันจะได้รับแรงเฉื่อยหรือโมเมนตัมเมื่อมันเคลื่อนที่เพื่อเปลี่ยนรูปร่าง เมื่อมันมาถึงตำแหน่ง“ สมดุล” ใหม่มันจะไม่หยุดทันที ค่อนข้างมันเกินตำแหน่งนี้เพราะได้รับแรงเฉื่อย ความเค้นตามหลักอากาศพลศาสตร์อาจมีแนวโน้มที่จะทำให้โครงสร้างกลับคืนสู่สภาวะสมดุล แต่บางครั้งการสั่นอาจเกิดขึ้นได้ ต้องใช้แรงเสียดทานหรือแรงหน่วงบางชนิดเพื่อชะลอการแกว่งนี้ กล่าวอีกนัยหนึ่งโครงสร้างอาจมีรูปร่างที่สมดุล แต่ถ้ามันรับแรงเฉื่อยมากเกินไปในแต่ละครั้งที่มันเคลื่อนเข้าหารูปร่างนั้นมันจะอยู่ในสภาวะสมดุลที่ไม่เสถียร

หลายคนเห็นความสำคัญของการ aeroelasticity ในวันที่ 7 พฤศจิกายน 2483 เมื่อสะพานทาโคมาแนร์ดส์ในสหรัฐอเมริการัฐวอชิงตันเริ่มสั่นสะเทือนเนื่องจากลมแรง ความถี่ตามธรรมชาติของสะพานซึ่งสัมพันธ์กับความเร็วของสะพานที่สั่นสะเทือนจะคล้ายกับอัตราที่ลมเปลี่ยนทิศทาง เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นลมอาจทำให้สะพานสั่นมากขึ้น ในกรณีของ Tacoma Narrows Bridge การสั่นสะเทือนของโครงสร้างที่หลบหนีนำไปสู่การทำลายของสะพาน เหตุการณ์นี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความสนใจและการวิจัยทางอากาศ