lunes, 5 de enero de 2015

Aplicaciones de la aeroelasticidad



La resonancia es uno de los fenómenos físicos más extraordinarios y divertidos: una fuerza externa periódica con la frecuencia adecuada, un sistema que no quiere moverse de donde se encuentra; quizá algo de disipación (energética, se entiende), y poco más. Es capaz de hacer estallar copas, hundir puentes y si los marineros lo usan adecuadamente, pueden conseguir que arriba sea abajo y volcar un barco.



Este fenómeno está directamente relacionado con la aeroelasticidad, refiriéndonos al puente de Tacoma Narrows. Durante décadas, los profesres de Física lo han utilizado como ejemplo de libro cuando explican el tema de la resonancia, y los libros de texto suelen añadirlo con profusión de fotografías. El libro de Física de Giancoli acota que el colapso del puente fue causado por un fenómeno resonante ocurrido “como resultado de fuertes ráfagas de viento impulsados al claro en un movimiento oscilatorio de gran tamaño.” El de Serwett-Jewett lo explica en palabras parecidas: “fue destruido por las vibraciones de resonancia … los vórtices generados por el viento que soplaba a través del puente se produjeron a una frecuencia que coincidió con la frecuencia natural de oscilación del puente.” 

División de la aeroelasticidad

La aeroelasticidad se divide en dos campos de estudio: aeroelasticidad estática (divergencia e inversión de mando) y dinámica (flameo, respuesta dinámica y bataneo).


Aeroelasticidad estática  
La aeroelasticidad estática tiene que ver con la interacción existente entre fuerzas elásticas y aerodinámicas dejando a un lado las propiedades de masa. La existencia de grandes deformaciones no constituye siempre un problema pero éstas han de ser consideradas durante el proceso de diseño de forma que se asegure el buen funcionamiento de la aeronave.
Flameo. Es uno de los fenómenos aeroelásticos mejor conocidos. El sistema aeroelástico consta de propiedades dinámicas que bajo algunas condiciones llevan a oscilaciones. Es una vibración autoinducida que se produce cuando una superficie sustentadora se dobla bajo una carga aerodinámica. Una vez que la carga se reduce, la desviación también se reduce, restaurando la forma original; esto a su vez restaura la carga original y empieza así el ciclo de nuevo.

Las bases de la aeroelasticidad

La aeroelasticidad tiene un núcleo central que se apoya en tres pilares fundamentales: la mecánica de los sólidos (resistencia de materiales), la mecánica y la dinámica de fluidos.



El estudio de un fenómeno aeroelástico implica analizar la interacción existente entre las deformaciones estructurales de la estructura y las cargas aerodinámicas dependientes de la misma. Las estructuras modernas de los aviones no son del todo rígidas y el fenómeno aeroelástico se presenta cuando las deformaciones estructurales conducen a cambios en las fuerzas aerodinámicas.

 Las fuerzas aerodinámicas adicionales conducen a un incremento en las deformaciones estructurales, que al mismo tiempo provocan fuerzas aerodinámicas mayores. Estas interacciones pueden transformarse gradualmente más pequeñas hasta alcanzar una condición de equilibrio, o pueden diverger de forma catastrófica.




Definición de Aeroelasticidad




La aeroelasticidad es la materia de la ingeniería aeronáutica que indaga la respuesta de vehículos flexibles sometidos a acciones externas aerodinámicas y, tratándose de aeronaves, requiere el acoplamiento de fuerzas inerciales, estructurales, aerodinámicas y de ciertas leyes de control (aeroservoelasticidad).

La aproximación clásica puede considerar modelos lineales, algo que puede ser falso en determinadas condiciones: nolinealidades estructurales por holgura o fricción en la rotación de las superficies de control, movimiento del combustible en los depósitos (fuel sloshing) en maniobras con elevados factores de carga de aviones de altas prestaciones, desprendimiento de corriente, flujo transónico o leyes de vuelo no lineales que son dependientes de la condición de vuelo o de la maniobra.