Hva er Aeroelasticity?

April 5  by Eliza

Aeroelasticity er studiet av samspillet av aerodynamiske belastninger, treghet, og elastiske responser i fysiske strukturer. Slike interaksjoner kan produsere både statiske og dynamiske reaksjoner. Ustabile dynamiske reaksjoner i komponenter kan føre til strukturell svikt under visse betingelser. Aeroelasticity er typisk opptatt med å utforme strukturer til å være stabile når de utsettes for en dynamisk luftstrøm. Disse strukturer er ofte fly, men de kan også omfatte broer, vindmøller og andre jordbundne baserte elementer.

De fleste materialer, inkludert metaller, utviser elastisk oppførsel når du svarer på ytre påkjenninger. Elastiske materialer vil vende tilbake til sin opprinnelige størrelse og form hvis de ikke blir deformert utover en kritisk mengde. Mens blir deformert, vil de strekke seg eller krympe i henhold til nivået av spenning påføres. En metallfjær strekker seg ut når den trekkes i kantene, men ikke forblir permanent deformert etter at den er sluppet. Faktisk, selv solide biter av metall oppfører seg på denne måten.

I et fly, eksterne aerodynamiske krefter gjelder mekanisk stress til vingene og hoveddelen. I form av aeroelasticity, er dette stress ligner en stress påføres direkte på materialet, for eksempel fra å plassere vekter på flyet. Som reaksjon vil strukturen av flyet deformeres noe på grunn. Dette vil lett endre formen på den plane, noe som i sin tur vil påvirke den nøyaktige aerodynamisk belastning. I en statisk situasjon, vil den strukturelle responsen av flyet nå likevekt med de nye aerodynamiske påkjenninger.

Når en struktur begynner å deformeres på grunn av aerodynamiske påkjenninger, vil det få treghet, eller fart, når den beveger seg for å endre form. Når den når sitt nye "likevekt" posisjon, betyr det ikke umiddelbart slutte; heller, overshoots det denne posisjonen fordi det har fått treghet. Aerodynamiske påkjenninger kan ha en tendens til å gjenopprette strukturen til en likevektsform, men noen ganger kan det oppstå en svingning. Det krever friksjon eller annen form for demping kraft for å bremse denne pendling. Med andre ord, kan strukturen ha en likevekts form, men hvis det tar for mye treghet hver gang den beveger seg mot denne form, vil det være i en ustabil likevekt.

Mange mennesker var vitne til dette viktige aspektet av aeroelasticity 7. november 1940, da den Tacoma Narrows Bridge i den amerikanske delstaten Washington begynte å vibrere på grunn av sterk vind. Den naturlige frekvens av broen, som er relatert til hvor fort broen vil vibrere, skjedde til å være lik satsen vinden endret retning. Når dette skjer, kan vinden føre brua vibrerer mer og mer. I tilfelle av Tacoma Narrows Bridge, ledet runaway strukturelle vibrasjon til broen ødeleggelse. Denne hendelsen førte til en økning i aeroelasticity interesse og forskning.