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2024-08-15T20:43:02Z

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'''Aeroelastizität''' beschreibt in der [[Aerodynamik]] die [[Elastizität (Physik)|Elastizität]] von Strukturen, die von [[Gas]]en wie [[Luft]] umströmt werden. Die [[Strömungsmechanik|Strömung]] wird von der Struktur unter [[Turbulente Strömung|Turbulenzen]] umgelenkt und übt dabei einen [[Druck (Physik)|Druck]] auf sie aus. Die ausgeübten [[Kraft|Kräfte]] können [[Festkörper]] elastisch [[Verformung|verformen]] und zum [[Schwingung|Schwingen]] anregen.<ref name=":1" />

Diese Vorgänge sind zu beobachten an:
* der Struktur des [[Leitwerk|Leit-]] und [[Tragwerk (Flugzeug)|Tragwerks]] bei [[Flugzeug]]en
* [[Windkraftanlage #Rotorblätter|Rotorblättern von Windenergieanlagen]]
* [[Baum|Bäumen]] und [[Süßgräser #Halme und Blätter|Grashalmen]] im Wind
* angeblasenen [[Zungenpfeife]]n der [[Äolsharfe]]
* den [[Lippe]]n eines [[Trompete]]nspielers
* den [[Stimmbänder]]n.
''Die Aeroelastik'' umfasst die physikalischen Vorgänge, die an umströmten Strukturen entstehen, wenn die aerodynamischen [[Belastung (Physik)|Lasten]] mit den elastomechanischen Kräften und Verformungen der Strukturen wechselwirken.

== Luftfahrt ==
In der [[Aeronautik]] wird im Wesentlichen unterschieden zwischen [[Buffeting]], [[Flattern (Luftfahrt)|Flattern]], [[Umkehr der Ruderwirkung]] und [[Aerodynamische Divergenz|Aerodynamischer Divergenz]].

Trotz der Komplexität der physikalischen Vorgänge werden einhergehende Probleme mittlerweile in der Regel sicher beherrscht. In der [[Geschichte der Luftfahrt]] kam es jedoch mit steigender [[Fluggeschwindigkeit]] immer wieder zu Problemen mit Auswirkungen der Aeroelastizität, bis hin zum plötzlichen [[Flugzeugabsturz|Absturz]]. Problematisch ist vor allem die [[nichtlinear]]e Kopplung der durch die Strömung verursachten Kräfte mit den Strukturkräften.<ref>{{Internetquelle |autor=Tobias Wunderlich |url=https://elib.dlr.de/88002/ |titel=Multidisziplinäre Optimierung von Flügeln für Verkehrsflugzeuge mit Berücksichtigung der statischen Aeroelastizität |hrsg=DLR |datum=2013 |abruf=04.09.2021}}</ref>

== Windkraft ==
Erst die aeroelastische [[Simulation]] ermöglichte den Bau wirtschaftlicher, moderner [[Windkraftanlage]]n mit mehreren [[Megawatt]] [[Leistung (Physik)|Leistung]]. Insbesondere die Rotorblätter sind starken aerodynamischen Kräften ausgesetzt und müssen entsprechend geformt werden.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.dlr.de/ae/desktopdefault.aspx/tabid-9738/16705_read-40654/ |titel=Windenergieanlagen |hrsg=DLR - Institut für Aeroelastik |abruf=04.09.2021}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Martin O. L. Hansen |url=http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TMEC053/Martin%20O.%20L.%20Hansen%20-%20Aerodynamics%20of%20Wind%20Turbines%20(2008,%20Earthscan).pdf |titel=Aerodynamics of Wind Turbines |hrsg=Earthscan |datum=2008 |sprache=en |abruf=04.09.2021}}</ref>

Das Thema Aeroelastische [[Modellierung]] kommt aus der [[Windenergie|Windkraft]], wo die Norm IEC 61400 (VDE 0127) dieses Verfahren als bevorzugte Methode für den [[Festigkeitsnachweis]] vorsieht.

== Brückenbau ==
Diese Vorgänge treten auch bei [[Brücke]]n auf, deren [[Brücke #Überbau|Überbau]] nicht aerodynamisch gebaut ist. Grund dafür können [[Kármánsche Wirbelstraße|Kármán-Wirbel]] sein; das sind gegenläufige [[Wirbel (Strömungslehre)|Wirbel]], die sich hinter dem umströmten Objekt abwechselnd [[Strömungsabriss|ablösen]]. Die [[Frequenz]] dieses Vorgangs hängt von der [[Windgeschwindigkeit]] ab. Fällt die Ablösefrequenz mit der [[Eigenfrequenz]] des Objektes zusammen, so gerät es in Schwingung.<ref name=":0" />

Bei der [[Tacoma-Narrows-Brücke]] von 1940 führte Flattern zum Einsturz.<ref name=":0">{{Internetquelle|url=http://math.arizona.edu/~hhmi/Chris250AB/250B/250notes/042610Feldman2003.pdf|titel=What to Say About the Tacoma Narrows Bridge to Your Introductory Physics Class|autor=Bernard J. Feldman|hrsg=University of Missouri-St, Louis, St. Louis, MO|werk=|datum=February 2003|sprache=Englisch|zugriff=13.10.2016|archiv-url=https://web.archive.org/web/20131002044638/http://math.arizona.edu/~hhmi/Chris250AB/250B/250notes/042610Feldman2003.pdf|archiv-datum=2013-10-02|offline=ja}}</ref>
Grund dafür war die extrem schlanke und verwindungsweiche Fahrbahn[[Platte (Technische Mechanik)|platte]]. Bei höheren Windgeschwindigkeiten wurde sie zu [[Torsionsschwingung]]en angeregt, wodurch die Halteseile überlastet wurden und rissen.<ref>{{Internetquelle |autor=Masayuki Nakao |url=http://www.shippai.org/fkd/en/hfen/HA1000632.pdf |titel=Collapse of Tacoma Narrows Bridge |datum=1940 |sprache=en |abruf=04.09.2021}}</ref><ref name=":1">{{Internetquelle |autor=Maynard Horace Tweed |url=https://lib.dr.iastate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=18258&context=rtd |titel=A summary and analysis of bridge failures |hrsg=Iowa State University |datum=1969 |sprache=en |abruf=04.09.2021}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.ketchum.org/billah/Billah-Scanlan.pdf |titel=Resonance Tocoma-Narrows bridge |datum=1990 |sprache=en |abruf=04.09.2021}}</ref>

== Literatur ==
* [[Hans Försching]]: ''Grundlagen der Aeroelastik.'' 1974.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Aeroelastizitat}}
[[Kategorie:Aerodynamik]]
[[Kategorie:Elastostatik]]
[[Kategorie:Flugsteuerung]]

Aeroelastizität - Versionsgeschichte

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