Aeroelastizität ist die Untersuchung der Wechselwirkung von aerodynamischen Spannungen, Trägheit und elastischen Reaktionen in physikalischen Strukturen. Solche Interaktionen können sowohl statische als auch dynamische Reaktionen erzeugen. Instabile dynamische Reaktionen in Bauteilen können unter bestimmten Bedingungen zu Strukturversagen führen. Die Aeroelastizität betrifft typischerweise die Konstruktion von Strukturen, die stabil sind, wenn sie einem dynamischen Luftstrom ausgesetzt sind. Diese Strukturen sind oft Flugzeuge, können aber auch Brücken, Windturbinen und andere terrestrisch basierte Elemente umfassen.
Die meisten Materialien, einschließlich Metalle, zeigen ein elastisches Verhalten, wenn sie auf äußere Belastungen reagieren. Elastische Materialien nehmen ihre ursprüngliche Größe und Form wieder an, wenn sie nicht über ein kritisches Maß hinaus verformt werden. Während sie verformt werden, dehnen oder schrumpfen sie entsprechend der ausgeübten Belastung. Eine Metallfeder dehnt sich beim Ziehen an den Rändern aus, bleibt aber nach dem Loslassen nicht dauerhaft verformt. Tatsächlich verhalten sich sogar massive Metallteile auf diese Weise.
In einem Flugzeug üben äußere aerodynamische Kräfte eine mechanische Belastung auf die Flügel und den Hauptkörper aus. In Bezug auf die Aeroelastizität ähnelt diese Belastung einer Belastung, die direkt auf das Material einwirkt – beispielsweise durch das Auflegen von Gewichten auf das Flugzeug. Als Reaktion darauf wird sich die Struktur des Flugzeugs leicht verformen. Dadurch wird die Form des Flugzeugs leicht verändert, was wiederum die genaue aerodynamische Belastung beeinflusst. In einem statischen Szenario erreicht die strukturelle Reaktion des Flugzeugs ein Gleichgewicht mit den neuen aerodynamischen Belastungen.
Wenn sich eine Struktur aufgrund aerodynamischer Spannungen zu verformen beginnt, gewinnt sie an Trägheit oder Impuls, wenn sie sich bewegt, um ihre Form zu ändern. Sobald es seine neue „Gleichgewichtsposition“ erreicht hat, stoppt es nicht sofort; vielmehr überschießt es diese Position, weil es an Trägheit gewonnen hat. Aerodynamische Spannungen können dazu neigen, die Struktur in eine Gleichgewichtsform wiederherzustellen, aber manchmal kann eine Schwingung auftreten. Es erfordert Reibung oder irgendeine Art von Dämpfungskraft, um diese Schwingung zu verlangsamen. Mit anderen Worten, die Struktur kann eine Gleichgewichtsform haben, aber wenn sie jedes Mal, wenn sie sich auf diese Form zubewegt, zu viel Trägheit aufnimmt, befindet sie sich in einem instabilen Gleichgewicht.
Diesen wichtigen Aspekt der Aeroelastizität erlebten viele Menschen am 7. November 1940, als die Tacoma Narrows Bridge im US-Bundesstaat Washington aufgrund starker Winde zu vibrieren begann. Die Eigenfrequenz der Brücke, die damit zusammenhängt, wie schnell die Brücke vibriert, war zufällig ähnlich der Geschwindigkeit, mit der der Wind die Richtung änderte. In diesem Fall kann der Wind die Brücke immer stärker in Schwingungen versetzen. Im Fall der Tacoma Narrows Bridge führten die außer Kontrolle geratenen strukturellen Vibrationen zur Zerstörung der Brücke. Dieses Ereignis führte zu einem Anstieg des Interesses und der Forschung an der Aeroelastizität.