Efecto flutter

El efecto Flutter es un fenómeno físico extremadamente peligroso cuando se pierde el control sobre éste, se produce en estructuras flexibles sujetas a fuerzas aerodinámicas. Dichas estructuras incluye aeronaves, construcciones (edificios), cables de luz o de teléfono, señales de tránsito o postes y también en los puentes vehiculares o peatonales. El efecto flutter ocurre por la interacción entrela aerodinámica, la rigidez y las fuerzas inerciales de una estructura.

En cualquier estructura cuando la velocidad del flujo aumenta, se produce un punto donde la amortiguación estructural es insuficiente para reducir los movimientos que crecen constantemente debido a las cargas aerodinámicas que se añaden a la estructura. Esta vibración descontrolada puede causar fracturas y por lo tanto lascaracterísticas del Flutter son parte esencial para el diseño de cualquier arreglo estructural que esté sometido a flujos de aire.

En este estudio, son necesarios al menos dos grados de libertad, para crear una condición de inestabilidad, lo cual se demuestra ejemplificando una vibración de un grado de libertad en cualquier aeronave, donde las fuerzas aerodinámicas interactuando con la rigidezde la estructura, estabilizan el movimiento, amortiguando y reduciendo la vibración. Las fuerzas aerodinámicas las definiremos como las fuerzas que actúan en el ala o en la superficie de control.

Partiendo de la teoría del flujo no estacionario, en este documento se estudiarán los movimientos oscilatorios que son provocados por cargas no deterministicas y se producen aleatoriamente,provocando varios (seis) grados de libertad en las vibraciones que sufre la superficie sustentadora.

Cualquier superficie sustentadora en el avión como el ala o el empenaje horizontal, o una superficie de control como alerones, flaps, elevadores etc. estructuralmente restringidas a ciertas posiciones de equilibrio, se vuelven inestables bajo condiciones especiales que perturban su posición o posicionesiniciales.

Teóricamente se puede desarrollar la predicción del comportamiento de la vibración, tomando como ejemplo el ala discretizada, y no solamente el ala, también un alerón o flap por donde puede comenzar la inestabilidad de la estructura.

Tipos de Flutter

Para explicar el fenómeno del flutter en el ala de un avión, comenzaremos con el ejemplo del perfil aerodinámico que está en lapunta del ala, sin perder de vista que dicho perfil donde el fenómeno ocurre está sujeto a la estructura del ala.

Supongamos que el perfil pasa por un flujo de aire, y el Flutter inicia cuando el perfil tiende a subir y bajar (oscilar) debido a las cargas aerodinámicas que son variables y actúan sobre éste; cuando las cargas aerodinámicas aumentan, se provoca un aumento continuo en la torsiónde la estructura, colocando al perfil en posición nariz arriba, o borde de ataque hacia arriba, en ese momento la rigidez de la estructura tiende a regresar al perfil a su posición original, colocándolo en posición nariz abajo, pero las cargas aerodinámicas vuelven a flexionar el ala y vuelven a mover al perfil aerodinámico que se encuentra en la punta del ala, este movimiento es continuo ymientras más veloz sea el flujo de aire, mayor serán las cargas que actúan sobre la estructura y mayor será la torsión del ala.




Este tipo de Flutter es causado por la combinación de dos movimientos estructurales básicos, torsión y flexión. Este ejemplo de movimientos en un ala tiene dos grados básicos de libertad o modos naturales de vibración.
El modo de torsión significa que es el movimientoes rotacional, y el modo de flexión se refiere al movimiento vertical de arriba hacia abajo y viceversa en la punta del ala. Como el ala viaja a velocidades que aumentan, las frecuencias de estos movimientos se unen creando una condición del Flutter llamada resonancia de Flutter.

Las superficies de control son usadas en muchos lugares del avión, y la parte más común donde se usan es el...