Aeroelasticidade

Aeroelasticidade é a ciência que estuda as consequências da interação de forças de inércia, elásticas e aerodinâmicas, agindo simultaneamente na estrutura de um corpo.

Basicamente, temos três tipos de força:

De inércia – decorrentes das acelerações às quais a massa do corpo está sujeita;
Elásticas – decorrentes das reações elásticas do corpo que se desloca (deforma);
Aerodinâmicas – decorrentes do escoamento de fluido ao qual o corpo está sujeito.

Note que as forças aerodinâmicas dependem do formato das superfícies aerodinâmicas. Portanto, se estas se deformam significativamente, há uma modificação na carga aerodinâmica durante a aplicação do carregamento.

A interação mútua entre as forças elásticas, de inércia e aerodinâmicas pode ser representada graficamente através de um diagrama conhecido como diagrama dos três anéis:

Aeroelasticidade

Aeroelasticidade: Fenômenos Aeroelásticos

Os fenômenos físicos associados aos dois tipos de comportamento de um sistema, estático ou dinâmico, podem ser subdivididos como:

Divergência (estático)

Se considerarmos uma asa flexível, a sustentação aumentará o ângulo de ataque, que consequentemente, aumentará a sustentação. A relação é não linear e existem inclusive esquemas iterativos para cálculo de deformações. Se a pressão dinâmica do escoamento for suficientemente alta, este processo realimentado pode levar ao colapso da estrutura devido a “divergência” do movimento da asa.

Flutter (dinâmico)

É uma auto-excitação de dois ou mais modos de vibração de um sistema, devidamente alterada e realimentada pelo escoamento de um fluido. Pode vir a causar oscilações de amplitude que crescem exponencialmente levando a estrutura a uma falha dinâmica.

Note no vídeo abaixo a interação entre os modos de flexão e torção da empenagem horizontal do Piper PA-30 Twin Comanche.

Redistribuição de Cargas (estático)

Quando a asa é flexível, o carregamento aerodinâmico ao longo da envergadura pode ser alterado devido a deformação da asa em ângulo de ataque.

Reversão de comandos (estático)

Pode causar ineficiência, perda ou até a reversão de uma ação de comando de uma superfície de controle.

Cargas de rajadas (dinâmico)

O aumento do carregamento aerodinâmico devido uma rajada de vento ocorre devido ao aumento do ângulo de ataque instantâneo. Isso pode elevar o fator de carga a limites além dos autorizados para a aeronave. Com isso, modela-se o sistema aeroelástico considerando a presença da rajada também para o projeto de sistemas de alívio de cargas desta natureza.

Buffeting (dinâmico)

Vibrações causadas pela esteira gerada por outras partes da aeronave, por exemplo interferência da esteira da asa na empenagem; Fenômeno altamente não linear, difícil de modelar matematicamente, sendo necessária investigação em túnel de vento.

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