¿Qué es la aeroelasticidad?
La aeroelasticidad es el estudio de la interacción de las tensiones aerodinámicas, la inercia y las respuestas elásticas en las estructuras físicas. Tales interacciones pueden producir respuestas estáticas y dinámicas. Las respuestas dinámicas inestables en los componentes pueden conducir a fallas estructurales bajo ciertas condiciones. La aeroelasticidad generalmente se refiere al diseño de estructuras para que sean estables cuando se somete a un flujo de aire dinámico. Estas estructuras son a menudo aviones, pero también pueden incluir puentes, turbinas eólicas y otros elementos terrestres.
La mayoría de los materiales, incluidos los metales, exhiben un comportamiento elástico cuando responden a tensiones externas. Los materiales elásticos volverán a su tamaño y forma originales si no se deforman más allá de una cantidad crítica. Mientras se deforman, se estirarán o encogerán según el nivel de estrés aplicado. Un resorte de metal se estira cuando se tira de los bordes, pero no permanece deformado permanentemente después de soltarlo. De hecho, incluso las piezas sólidas de metal se comportan de esta manera.
En un avión, las fuerzas aerodinámicas externas aplican tensión mecánica a las alas y al cuerpo principal. En términos de aeroelasticidad, esta tensión es similar a una tensión aplicada directamente al material, por ejemplo, al colocar pesas en el avión. En respuesta, la estructura del avión se deformará ligeramente debido. Esto alterará ligeramente la forma del avión, lo que a su vez afectará el estrés aerodinámico exacto. En un escenario estático, la respuesta estructural del avión alcanzará el equilibrio con las nuevas tensiones aerodinámicas.
Cuando una estructura comienza a deformarse debido a tensiones aerodinámicas, ganará inercia o impulso a medida que se mueve para cambiar de forma. Una vez que alcanza su nueva posición de "equilibrio", no se detiene inmediatamente; más bien, sobrepasa esta posición porque ha ganado inercia. Las tensiones aerodinámicas pueden tender a restaurar la estructura a una forma de equilibrio, pero a veces puede ocurrir una oscilación. Requiere fricción o algún tipo de fuerza de amortiguación para frenar esta oscilación. En otras palabras, la estructura puede tener una forma de equilibrio, pero si detecta demasiada inercia cada vez que se mueve hacia esa forma, estará en un equilibrio inestable.
Muchas personas presenciaron este importante aspecto de la aeroelasticidad el 7 de noviembre de 1940, cuando el puente Tacoma Narrows en el estado estadounidense de Washington comenzó a vibrar debido a los fuertes vientos. La frecuencia natural del puente, que está relacionada con la velocidad de vibración del puente, fue similar a la velocidad con la que el viento cambió de dirección. Cuando esto sucede, el viento puede hacer que el puente vibre más y más. En el caso del puente Tacoma Narrows, la vibración estructural desbocada condujo a la destrucción del puente. Este evento condujo a un aumento en el interés y la investigación de aeroelasticidad.