L’aeroelasticità è lo studio dell’interazione di sollecitazioni aerodinamiche, inerzia e risposte elastiche nelle strutture fisiche. Tali interazioni possono produrre risposte sia statiche che dinamiche. Risposte dinamiche instabili nei componenti possono portare a cedimenti strutturali in determinate condizioni. L’aeroelasticità riguarda tipicamente la progettazione di strutture in modo che siano stabili quando soggette a un flusso d’aria dinamico. Queste strutture sono spesso aeromobili, ma possono anche includere ponti, turbine eoliche e altri elementi terrestri.
La maggior parte dei materiali, inclusi i metalli, mostra un comportamento elastico quando risponde a sollecitazioni esterne. I materiali elastici torneranno alla loro dimensione e forma originali se non vengono deformati oltre una quantità critica. Durante la deformazione, si allungheranno o si restringeranno in base al livello di stress applicato. Una molla metallica si allunga quando viene tirata ai bordi, ma non rimane deformata in modo permanente dopo essere stata rilasciata. In effetti, anche i pezzi solidi di metallo si comportano in questo modo.
In un aeroplano, le forze aerodinamiche esterne applicano uno stress meccanico alle ali e al corpo principale. In termini di aeroelasticità, questa sollecitazione è simile a una sollecitazione applicata direttamente al materiale, ad esempio dal posizionamento di pesi sull’aereo. In risposta, la struttura dell’aereo si deformerà leggermente a causa. Ciò altererà leggermente la forma dell’aereo, che a sua volta influenzerà l’esatto stress aerodinamico. In uno scenario statico, la risposta strutturale dell’aereo raggiungerà l’equilibrio con le nuove sollecitazioni aerodinamiche.
Quando una struttura inizia a deformarsi a causa di sollecitazioni aerodinamiche, guadagnerà inerzia, o momento, mentre si muove per cambiare forma. Una volta raggiunta la sua nuova posizione di “equilibrio”, non si ferma immediatamente; piuttosto, supera questa posizione perché ha guadagnato inerzia. Le sollecitazioni aerodinamiche possono tendere a riportare la struttura in una forma di equilibrio, ma a volte può verificarsi un’oscillazione. Richiede attrito o qualche tipo di forza di smorzamento per rallentare questa oscillazione. In altre parole, la struttura può avere una forma di equilibrio, ma se prende troppa inerzia ogni volta che si muove verso quella forma, sarà in un equilibrio instabile.
Molte persone hanno assistito a questo importante aspetto dell’aeroelasticità il 7 novembre 1940, quando il Tacoma Narrows Bridge nello stato americano di Washington ha iniziato a vibrare a causa dei forti venti. La frequenza naturale del ponte, che è correlata alla velocità con cui il ponte vibrerà, è stata simile alla velocità con cui il vento ha cambiato direzione. Quando ciò accade, il vento può far vibrare sempre di più il ponte. Nel caso di Tacoma Narrows Bridge, la vibrazione strutturale incontrollata ha portato alla distruzione del ponte. Questo evento ha portato ad un aumento dell’interesse e della ricerca sull’aeroelasticità.