Aeroelasticity ist die Wissenschaft, die die Wechselwirkungen unter aerodynamischen und elastischen Trägheitskräften studiert. Es wurde von Arthur Roderick Collar 1947 als "die Studie der gegenseitigen Wechselwirkung definiert, die innerhalb des Dreiecks der aerodynamischen und elastischen Trägheitskräfte stattfindet, die Strukturmitgliedern folgen, die zu einem Propellerwind und dem Einfluss dieser Studie auf dem Design ausgestellt sind." In einfacheren Begriffen ist es derselbe Satz von Bedingungen, die eine Fahne veranlassen, in einer steifen Brise oder einem Rohr zu flattern, um in schnell fließendem Wasser zu zittern. Flattern kann in jedem flüssigen Medium vorkommen.

Einführung

Flugzeug-Strukturen sind nicht völlig starre und aeroelastic Phänomene entstehen, wenn Strukturdeformierungen Änderungen auf aerodynamischen Kräften veranlassen. Die zusätzlichen aerodynamischen Kräfte verursachen eine Zunahme in den Strukturdeformierungen, die zu größeren aerodynamischen Kräften in einem Feed-Back-Prozess führt. Diese Wechselwirkungen können kleiner werden, bis eine Bedingung des Gleichgewichts erreicht wird, oder katastrophal abweichen kann, wenn Klangfülle vorkommt.

Aeroelasticity kann in zwei Studienfächern geteilt werden: unveränderlicher (statischer) und dynamischer aeroelasticity.

Unveränderlicher aeroelasticity

Werden Sie fest aeroelasticity studiert die Wechselwirkung zwischen aerodynamischen und elastischen Kräften auf einer elastischen Struktur. Masseneigenschaften sind in den Berechnungen dieses Typs von Phänomenen nicht bedeutend.

Abschweifung

Abschweifung kommt vor, wenn eine sich hebende Oberfläche unter der aerodynamischen Last abweicht, um die angewandte Last zu vergrößern, oder die Last zu bewegen, so dass die sich drehende Wirkung auf die Struktur vergrößert wird. Die vergrößerte Last lenkt die Struktur weiter ab, die die Struktur zu den Grenze-Lasten und zum Misserfolg bringt.

Kontrolloberflächenumkehrung

Kontrolloberflächenumkehrung ist der Verlust (oder Umkehrung) von der erwarteten Antwort einer Kontrolloberfläche wegen der Strukturdeformierung der sich hebenden Hauptoberfläche.

Dynamischer aeroelasticity

Dynamischer Aeroelasticity studiert die Wechselwirkungen unter aerodynamischen, elastischen und Trägheitskräften. Beispiele von dynamischen aeroelastic Phänomenen sind:

Flattern

Flattern ist eine Selbstfütterung und potenziell zerstörendes Vibrieren, wo sich aerodynamische Kräfte auf einem Gegenstand mit einer natürlichen Weise einer Struktur des Vibrierens paaren, um schnelle periodische Bewegung zu erzeugen. Flattern kann in jedem Gegenstand innerhalb einer starken Flüssigkeitsströmung unter den Bedingungen vorkommen, dass ein positives Feed-Back zwischen dem natürlichen Vibrieren der Struktur und den aerodynamischen Kräften vorkommt. D. h. die Schwingbewegung des Gegenstands vergrößert eine aerodynamische Last, die der Reihe nach den Gegenstand steuert, sich weiter zu bewegen. Wenn die Energie, die durch die aerodynamische Erregung in einem Zyklus eingegeben ist, größer ist als das, das durch die Dämpfung im System zerstreut ist, wird der Umfang des Vibrierens zunehmen, auf selbstaufregende Schwingung hinauslaufend. Der Umfang kann sich so entwickeln und wird nur beschränkt, wenn die durch die aerodynamische und mechanische Dämpfung zerstreute Energie den Energieeingang vergleicht, der auf großes Umfang-Vibrieren hinauslaufen und potenziell zu schnellem Misserfolg führen kann. Wegen dessen werden Strukturen, die zu aerodynamischen Kräften — einschließlich Flügel und Tragflächen, sondern auch Schornsteine und Brücken ausgestellt sind — sorgfältig innerhalb bekannter Rahmen entworfen, um Flattern zu vermeiden. In komplizierten Strukturen, wo sowohl die Aerodynamik als auch die mechanischen Eigenschaften der Struktur nicht völlig verstanden werden, kann Flattern nur durch die ausführliche Prüfung rabattiert werden. Sogar das Ändern des Massenvertriebs eines Flugzeuges oder der Steifkeit eines Bestandteils kann Flattern in einem aerodynamischen Bestandteil anscheinend ohne Beziehung veranlassen. An seinem mildesten kann das als ein "Summen" in der Flugzeugsstruktur erscheinen, aber an seinem gewaltsamsten kann sie sich unkontrollierbar mit der großen Geschwindigkeit entwickeln und ernsten Schaden dem verursachen oder zur Zerstörung des Flugzeuges, als im Braniff Flug 542 führen.

In einigen Fällen sind automatische Regelsysteme demonstriert worden, um zu helfen, Flattern-zusammenhängendes Strukturvibrieren zu verhindern oder zu beschränken.

Flattern kann auch auf Strukturen außer dem Flugzeug vorkommen. Ein berühmtes Beispiel von Flattern-Phänomenen ist der Zusammenbruch der ursprünglichen Tacoma Narrows Bridge.

Das Flattern als ein kontrolliertes Phänomen der aerodynamischen Instabilität wird absichtlich und positiv in Windmühlen verwendet, um Elektrizität und in anderen Arbeiten wie das Bilden von Musiktönen auf Boden-bestiegenen Geräten, sowie auf Musikflugdrachen zu erzeugen. Flattern ist nicht immer eine zerstörende Kraft; neue Fortschritte sind in der kleinen Skala (Tabellenspitze) Windgeneratoren für underserved Gemeinschaften in Entwicklungsländern, entworfen spezifisch gemacht worden, um diese Wirkung auszunutzen. Peter Allan Sharp (Oaklands, Kalifornien) und Jonathan Hare (der Universität von Sussex) demonstriert, im März 2007, läuft ein geradliniger Generator durch zwei Flattern-Flügel. Die Windkraft-Industrie unterscheidet zwischen Flattern-Flügeln, Flip-Flügeln und dem Oszillieren Spannungs-gehalten an umfassenden Membranenflügeln für das Windmahlen.

Dynamische Antwort

Dynamische Antwort oder gezwungene Antwort sind die Antwort eines Gegenstands zu Änderungen in einer Flüssigkeitsströmung wie Flugzeug zu Windstößen und anderen atmosphärischen Außenstörungen. Erzwungene Antwort ist eine Sorge im axialen Kompressor und Gasturbinendesign, wo ein Satz von Tragflächen das Kielwasser der Tragflächen stromaufwärts durchführt.

Das Herumstoßen

Das Herumstoßen ist eine Hochfrequenzinstabilität, die durch die Luftstrom-Trennung oder Stoß-Welle-Schwingungen von einem Gegenstand verursacht ist, der einen anderen schlägt. Es wird durch einen plötzlichen Impuls der Lasterhöhung verursacht. Es ist ein zufälliges erzwungenes Vibrieren.

Allgemein betrifft es die Schwanz-Einheit der Flugzeugsstruktur wegen des Luftstroms unten Strom des Flügels.

Andere Studienfächer

Andere Felder der Physik können einen Einfluss auf aeroelastic Phänomene haben. Zum Beispiel, in Raumfahrtfahrzeugen, ist durch hohe Temperaturen veranlasste Betonung wichtig. Das führt zur Studie von aerothermoelasticity. Oder, in anderen Situationen, kann die Dynamik des Regelsystems aeroelastic Phänomene betreffen. Das wird aeroservoelasticity genannt.

Vorhersage und Heilmittel

Aeroelasticity schließt nicht nur die aerodynamischen Außenlasten und die Weise ein, wie sie sich ändern sondern auch die befeuchtenden Struktur- und Masseneigenschaften des Flugzeuges. Vorhersage schließt das Bilden eines mathematischen Modells des Flugzeuges als eine Reihe von Massen ein, die durch Frühlinge und Dämpfer verbunden sind, die abgestimmt werden, um die dynamischen Eigenschaften der Flugzeugsstruktur zu vertreten. Das Modell schließt auch Details von angewandten aerodynamischen Kräften ein, und wie sie sich ändern.

Das Modell kann verwendet werden, um den Flattern-Rand und, nötigenfalls, üble Testlagen zu potenziellen Problemen vorauszusagen. Kleine sorgfältig gewählte Änderungen zum Massenvertrieb und der lokalen Struktursteifkeit können im Lösen aeroelastic Probleme sehr wirksam sein.

Medien

Diese Videos berichten über den Aktiven Aeroelastic Flügel ausführlich zweiphasiges Flugforschungsprogramm der Luftwaffe der NASA, um das Potenzial zu untersuchen, aerodynamisch flexible Flügel zu drehen, um Beweglichkeit des Hochleistungsflugzeuges an transonic und Überschallgeschwindigkeiten, mit traditionellen Kontrolloberflächen wie Querruder und Spitzenschläge zu verbessern, hat gepflegt, die Drehung zu veranlassen.

Image:Active Aeroelastic Flügel-Zeitversehen ogg|Time hat Film des Flügel-Lasttests von Active Aeroelastic Wing (AAW), Dezember 2002 verstrichen

Image:F-18A Aktiver Aeroelastic Flügel-Flug test.ogg|F/A-18A (jetzt X-53) Flugtest von Active Aeroelastic Wing (AAW), Dezember 2002

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Flattern durch die trockene Reibung veranlasst

Es kann überraschend scheinen, dass Aeroelastic-Flattern ein Phänomen ist, das Ähnlichkeiten mit Instabilitäten wegen der Reibung teilt. Das wurde kürzlich von Bigoni und Noselli (2011) experimentell entdeckt, die eine Anhänger-Kraft durch die trockene Reibung am Kontakt zwischen zwei gleitenden Körpern erzeugt haben, den Zeichentrickfilm rechts sehen und einen Film für mehr Details beobachten.

Siehe auch

• Anpassungsfähiger entgegenkommender Flügel
• Raumfahrttechnik
• Flattern (Elektronik und Kommunikation)
• Wirbelwind-Straße von Kármán
• Das mathematische Modellieren
• Schwingung
• Variable-Flügel von Parker
• Die Tacoma Narrows Bridge (1940)
• TWA Flug 599
• Wirbelwind-veranlasstes Vibrieren
• Wirbelwind, der verschüttet
• X-53 aktiver Aeroelastic Flügel

Weiterführende Literatur

• Bisplinghoff, R.L. Ashley, H. und Halbmann, H., Aeroelasticity. Wissenschaft von Dover, 1996, internationale Standardbuchnummer 0-486-69189-6, 880 pgs;
• Dowell, E. H., Ein Moderner Kurs über Aeroelasticity. Internationale Standardbuchnummer 90-286-0057-4;
• Fung, Y.C. Eine Einführung in die Theorie von Aeroelasticity. Dover, 1994, internationale Standardbuchnummer 978-0486678719;
• Hodges, D.H. und, Dringen A., Einführung in Structural Dynamics und Aeroelasticity, Cambridge, 2002, internationale Standardbuchnummer 978-0521806985 Ein;
• Wright, J.R. und Küfer, J.E., Einführung ins Flugzeug Aeroelasticity und Lasten, Wiley 2007, internationale Standardbuchnummer 978-0-470-85840-0.
• Hoque, M. E., "Aktive Flattern-Kontrolle", RUNDE Lambert das Akademische Veröffentlichen, Deutschland, 2010, internationale Standardbuchnummer 978-3-8383-6851-1.
• Kragen, A. R., "Die ersten fünfzig Jahre von aeroelasticity," Weltraum, vol. 5, Nr. 2, Seiten 12-20, 1978
• Garrick, D. H. und Rohr W.H. "Historische Entwicklung des Flugzeugsflatterns," Zeitschrift des Flugzeuges, vol. 18, Seiten 897-912, November 1981.

Außenverbindungen

• Aeroelasticity Zweig - NASA Forschungszentrum von Langley
• DLR Institut für Aeroelasticity
• Nationales Raumfahrtlaboratorium
• Aeroelasticity Group - Texas A&M Universität
• NACA technische Berichte - NASA Forschungszentrum von Langley