imported>Tomrohwer K (falsche Grammatik - ein Subjekt im Plural erfordert auch ein Prädikat im Plural) |
2a01:c23:95fc:1600:447b:1dcd:c118:51b7 (Diskussion) |
||
| Zeile 1: | Zeile 1: | ||
'''Aeroelastizität''' | '''Aeroelastizität''' beschreibt in der [[Aerodynamik]] die [[Elastizität (Physik)|Elastizität]] von Strukturen, die von [[Gas]]en wie z.B [[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 Kräfte können [[Festkörper]] elastisch [[Verformung|verformen]] und zum Schwingen anregen.<ref name=":1" /> | ||
Diese Vorgänge sind an der Struktur des [[Leitwerk|Leit-]] und [[Tragwerk (Flugzeug)|Tragwerks]] bei Flugzeugen, an Rotorblättern von Windenergieanlagen, jedoch auch an [[Baum|Bäumen]] und [[Gras]]halm im Wind, an angeblasenen [[Zungenpfeife]]n der [[Äolsharfe]], den Lippen eines [[Trompete]]nspielers und den [[Stimmbänder]]n zu beobachten. | Diese Vorgänge sind an der Struktur des [[Leitwerk|Leit-]] und [[Tragwerk (Flugzeug)|Tragwerks]] bei Flugzeugen, an Rotorblättern von [[Windkraftanlage|Windenergieanlagen]], jedoch auch an [[Baum|Bäumen]] und [[Gras]]halm im Wind, an angeblasenen [[Zungenpfeife]]n der [[Äolsharfe]], den Lippen eines [[Trompete]]nspielers und den [[Stimmbänder]]n zu beobachten. | ||
'''Die Aeroelastik''' umfasst die physikalischen Vorgänge, die an umströmten Strukturen entstehen, wenn die aerodynamischen Lasten met den elastomechanischen Kräften und Verformungen der Strukturen wechselwirken. | |||
== Luftfahrt == | == Luftfahrt == | ||
In der [[Aeronautik]] wird im Wesentlichen zwischen [[Buffeting]], [[Flattern (Luftfahrt)|Flattern]], [[Umkehr der Ruderwirkung]] und [[Aerodynamische Divergenz]] unterschieden. | In der [[Aeronautik]] wird im Wesentlichen zwischen [[Buffeting]], [[Flattern (Luftfahrt)|Flattern]], [[Umkehr der Ruderwirkung]] und [[Aerodynamische Divergenz]] unterschieden. | ||
Trotz der Komplexität der physikalischen Vorgänge werden einhergehende Probleme mittlerweile in der Regel sicher beherrscht. Es kam jedoch mit steigender Fluggeschwindigkeit in der [[Geschichte der Luftfahrt]] immer wieder zu Problemen mit Auswirkungen der Aeroelastizität, bis hin zum plötzlichen Absturz. Problematisch ist vor allem die [[nichtlinear]]e Kopplung der durch die Strömung verursachten Kräfte mit den Strukturkräften. | Trotz der Komplexität der physikalischen Vorgänge werden einhergehende Probleme mittlerweile in der Regel sicher beherrscht. Es kam jedoch mit steigender Fluggeschwindigkeit in der [[Geschichte der Luftfahrt]] immer wieder zu Problemen mit Auswirkungen der Aeroelastizität, bis hin zum plötzlichen 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 == | == Windkraft == | ||
Erst die aeroelastische Simulation ermöglichte den Bau wirtschaftlicher, moderner [[Windkraftanlage]]n mit mehreren [[Megawatt]] Leistung. | Erst die aeroelastische Simulation ermöglichte den Bau wirtschaftlicher, moderner [[Windkraftanlage]]n mit mehreren [[Megawatt]] Leistung. Insbesondere die [[Windkraftanlage#Rotorblätter|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 | Das Thema Aeroelastische Modellierung kommt aus der [[Windenergie|Windkraft]]. | ||
Die Norm IEC 61400 (VDE 0127) sieht dieses Verfahren als bevorzugte Methode für den [[Festigkeit]]snachweis vor. | Die Norm IEC 61400 (VDE 0127) sieht dieses Verfahren als bevorzugte Methode für den [[Festigkeit]]snachweis vor. | ||
== Brückenbau == | == Brückenbau == | ||
Diese Vorgänge treten auch bei Brücken auf, deren [[Überbau]] nicht aerodynamisch gebaut ist. Grund dafür | Diese Vorgänge treten auch bei Brücken auf, deren [[Brücke#Überbau|Überbau]] nicht aerodynamisch gebaut ist. Grund dafür können [[Kármánsche Wirbelstraße|Kármán-Wirbel]] sein; das sind gegenläufige Wirbel, die sich hinter dem umströmten Objekt abwechselnd ablösen. Die Frequenz dieses Vorgangs hängt von der Windgeschwindigkeit ab. Fällt diese Ablösefrequenz mit der Eigenfrequenz des Objektes zusammen, 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}}</ref> | |||
Grund dafür war die extrem schlanke und verwindungsweiche Fahrbahnplatte. Bei höheren Windgeschwindigkeiten wurde sie zu Torsionsschwingungen 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> | |||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
Aeroelastizität beschreibt in der Aerodynamik die Elastizität von Strukturen, die von Gasen wie z.B Luft umströmt werden. Die Strömung wird von der Struktur unter Turbulenzen umgelenkt und übt dabei einen Druck auf sie aus. Die ausgeübten Kräfte können Festkörper elastisch verformen und zum Schwingen anregen.[1]
Diese Vorgänge sind an der Struktur des Leit- und Tragwerks bei Flugzeugen, an Rotorblättern von Windenergieanlagen, jedoch auch an Bäumen und Grashalm im Wind, an angeblasenen Zungenpfeifen der Äolsharfe, den Lippen eines Trompetenspielers und den Stimmbändern zu beobachten.
Die Aeroelastik umfasst die physikalischen Vorgänge, die an umströmten Strukturen entstehen, wenn die aerodynamischen Lasten met den elastomechanischen Kräften und Verformungen der Strukturen wechselwirken.
In der Aeronautik wird im Wesentlichen zwischen Buffeting, Flattern, Umkehr der Ruderwirkung und Aerodynamische Divergenz unterschieden.
Trotz der Komplexität der physikalischen Vorgänge werden einhergehende Probleme mittlerweile in der Regel sicher beherrscht. Es kam jedoch mit steigender Fluggeschwindigkeit in der Geschichte der Luftfahrt immer wieder zu Problemen mit Auswirkungen der Aeroelastizität, bis hin zum plötzlichen Absturz. Problematisch ist vor allem die nichtlineare Kopplung der durch die Strömung verursachten Kräfte mit den Strukturkräften.[2]
Erst die aeroelastische Simulation ermöglichte den Bau wirtschaftlicher, moderner Windkraftanlagen mit mehreren Megawatt Leistung. Insbesondere die Rotorblätter sind starken aerodynamischen Kräften ausgesetzt und müssen entsprechend geformt werden.[3][4]
Das Thema Aeroelastische Modellierung kommt aus der Windkraft. Die Norm IEC 61400 (VDE 0127) sieht dieses Verfahren als bevorzugte Methode für den Festigkeitsnachweis vor.
Diese Vorgänge treten auch bei Brücken auf, deren Überbau nicht aerodynamisch gebaut ist. Grund dafür können Kármán-Wirbel sein; das sind gegenläufige Wirbel, die sich hinter dem umströmten Objekt abwechselnd ablösen. Die Frequenz dieses Vorgangs hängt von der Windgeschwindigkeit ab. Fällt diese Ablösefrequenz mit der Eigenfrequenz des Objektes zusammen, gerät es in Schwingung.[5]
Bei der Tacoma-Narrows-Brücke von 1940 führte Flattern zum Einsturz.[5] Grund dafür war die extrem schlanke und verwindungsweiche Fahrbahnplatte. Bei höheren Windgeschwindigkeiten wurde sie zu Torsionsschwingungen angeregt, wodurch die Halteseile überlastet wurden und rissen.[6][1][7]