мини|300x300пкс|Прикажана е студија на НАСА за турбуленција на трагите на островот Волопс, 1990 година. Вител се создава со минување на крило на авион, откриено од чад. Вителските обвивки се еден од многуте појави поврзани со проучувањето на аеродинамиката. Аеродинамика () — проучување на движењето на воздухот, особено кога е под влијание на цврст објект, како што е крило на авион. Вклучува теми опфатени во областа на динамиката на флуидите и неговата подобласт - динамиката на гасовите, и е важна област на студии во воздухопловството. Поимот аеродинамика често се користи како истозначник за динамика на гасовите, разликата е во тоа што „динамика на гасовите“ се однесува на проучувањето на движењето на сите гасови и не е ограничено на воздухот. Формалното проучување на аеродинамиката започнало во современа смисла во осумнаесеттиот век, иако набљудувањата на темелните концепти како што е аеродинамичниот отпор се забележани многу порано. Повеќето од раните напори во аеродинамиката биле насочени кон постигнување лет потежок од воздухот, што првпат го прикажал Ото Лилиентал во 1891 година. Оттогаш, употребата на аеродинамиката преку математичка анализа, емпириски апроксимации, експериментирање во аеродинамичен тунел и компјутерски симулации основала рационална основа за развој на лет потежок од воздухот и голем број други технологии. Неодамнешната работа во аеродинамиката се сосредоточила на прашања поврзани со стислив проток, турбуленција и гранични слоеви и станува сè повеќе компјутерска по природа.
Историја Современата аеродинамика се јавува во седумнаесеттиот век, но аеродинамичните сили луѓето ги користеле илјадници години во едрилици и ветерници, а слики и приказни за летот се појавуваат низ запишаната историја вклучувајќи ја и старогрчката легенда за Икар и Дедал. Темелните концепти на континуум, отпор и градиенти на притисок се појавуваат во делата на Аристотел и Архимед.
Во 1726 година, сер Исак Њутн станал првиот човек кој развил теорија за отпор на воздухот, што го прави еден од првите аеродинамичари. Холандско-швајцарскиот математичар Даниел Бернули продолжил во 1738 година со „Хидродинамика“ во која опишал темелна врска помеѓу притисокот, густината и брзината на проток за нестислив проток, денес познат како Бернулиев принцип, кој обезбедува еден метод за пресметување на аеродинамичниот узгон. Во 1757 година, Леонард Ојлер ги објавил поопштите Ојлерови равенки кои можеле да се применат и на стисливи и на нестисливи протоци. Ојлеровите равенки биле проширени за да ги вклучат ефектите на вискозитетот во првата половина на 1800-тите, што резултирало со Навје-Стоксовите равенки. Навје-Стоксовите равенки се најопштите управувачки равенки за проток на флуиди, но тешко се решаваат за протокот околу сите освен наједноставните облици. мини|Реплика од аеродинамичниот тунел на браќата Рајт е изложена во Воздухопловниот и вселенскиот центар на Вирџинија во Хемптон. Аеродинамичните тунели биле клучни во развојот и валидацијата на законите на аеродинамиката. Во 1799 година, сер Џорџ Кејли станал првиот човек кој ги идентификувал четирите аеродинамични сили на летот (тежина, узгон, отпор и потисок ), како и односите меѓу нив, и со тоа го исцртал патот кон постигнување лет потежок од воздухот за следниот век. Во 1871 година, Франсис Херберт Венхам го изградил првиот аеродинамичен тунел, овозможувајќи прецизни мерења на аеродинамичните сили. Теориите за отпор ги развиле Жан Ле Рон д'Аламбер, Густав Кирхоф, и Лорд Рејли . Во 1889 година, Шарл Ренар, француски воздухопловен инженер, станал првиот човек кој разумно ја предвидел потребната моќност за одржлив лет. Ото Лилиентал, првиот човек кој станал многу успешен со летови со едрилица, бил и првиот кој предложил тенки, закривени аеродинамични профили кои би произвеле висок узгон и низок отпор. Надоврзувајќи се на овие случувања, како и на истражувањата спроведени во нивниот сопствен аеродинамичен тунел, браќата Рајт го полетале првиот моторен авион на 17 декември 1903 година.
За време на првите летови, Фредерик В. Ланчестер, Мартин Кута и Николај Жуковски независно создале теории кои ја поврзуваа циркулацијата на протокот на флуид со подигнувањето. Кута и Жуковски потоа развиле дводимензионална теорија за крилата. Проширувајќи ја работата на Ланчестер, Лудвиг Прантл е заслужен за развојот на математиката зад теориите за тенки аеропрофили и линии за подигнување, како и за работата со гранични слоеви. мини|Постер на Министерството за производство на воздухоплови за аеродинамика Со зголемувањето на брзината на авионите, конструкторите почнале да се соочуваат со предизвици поврзани со стисливоста на воздухот при брзини блиски до брзината на звукот. Разликите во протокот на воздух под такви услови довеле до проблеми во контролата на авионите, зголемен отпор поради ударни бранови и закана од структурен дефект поради аероеластично треперење. Односот на брзината на протокот кон брзината на звукот бил наречен Махов број по Ернст Мах, кој бил еден од првите што ги истражувал својствата на суперсоничниот проток. Макорн Ренкин и Пјер Анри Игонио независно ја развиле теоријата за својствата на протокот пред и по ударниот бран, додека Јакоб Акерет ја водел почетната работа за пресметување на подигнувањето и отпорот на суперсоничните аеропрофили. Теодор фон Карман и Хју Латимер Драјден го вовеле поимот трансоник за да ги опишат брзините на проток помеѓу критичниот Махов број и Мах 1, каде што отпорот брзо се зголемува. Брзото зголемување на отпорот ги навело аеродинамичарите и пилотите да не се согласат дали суперсоничниот лет е остварлив сè додека не се пробил звучниот ѕид во 1947 година со авионот Bell X-1.
Кога звучниот ѕид бил пробиен, разбирањето на аеродинамичарите за супсоничниот и нискиот суперсоничен тек веќе созреале. Студената војна ја поттикнала конструкцијата на постојано еволуирачка линија на високоперформансни авиони. Компјутерската динамика на флуиди започнала како обид да се решат својствата на протокот околу сложени објекти и брзо се развила до точка каде што целиот авион може да се проектира со помош на компјутерски софтвер, со тестови во аеротунел проследени со тестови за летање за да се потврдат компјутерските предвидувања. Разбирањето на суперсоничниот и хиперсоничниот аеродинамичен систем созреале од 1960-тите, а целите на аеродинамичарите се префрлиле од однесувањето на протокот на флуид кон инженерството на возило така што тоа ќе комуницира предвидливо со протокот на флуид. Проектирањето авиони за суперсонични и хиперсонични услови, како и желбата да се подобри аеродинамичната ефикасност на тековните авиони и погонски системи, продолжува да мотивира нови истражувања во аеродинамиката, додека работата продолжува да се врши на важни проблеми во основната аеродинамична теорија поврзана со турбуленцијата на протокот и постоењето и единственоста на аналитичките решенија на Навје-Стоксовите равенки.
Темелни концепти
Класификација на протокот Брзината на протокот се користи за класификација на тековите според режимот на брзина. Подзвучните текови се полиња на проток во кои полето на брзината на воздухот е секогаш под локалната брзина на звукот. Трансоничните текови вклучуваат и региони на подзвучен проток и региони во кои локалната брзина на протокот е поголема од локалната брзина на звукот. Надзвучните текови се дефинираат како текови во кои брзината на протокот е поголема од брзината на звукот насекаде. Четвртата класификација, хиперзвучен проток, се однесува на текови каде што брзината на протокот е многу поголема од брзината на звукот. Аеродинамичарите не се согласуваат околу прецизната дефиниција на хиперзвучен проток.
Стисливиот тек објаснува за различната густина во рамките на тековите. Подзвучните текови често се идеализираат како нестисливи, т.е. се претпоставува дека густината е константна. Трансоничните и надзвучните текови се стисливи, а пресметките што ги занемаруваат промените на густината во овие полиња на текови ќе дадат неточни резултати.
Вискозитетот е поврзан со силите на триење во протокот. Во некои полиња на проток, вискозните ефекти се многу мали, а приближните решенија можат безбедно да ги занемарат вискозните ефекти. Овие приближувања се нарекуваат невискозни текови. Тековите за кои вискозитетот не е занемарен се нарекуваат вискозни текови. Конечно, аеродинамичните проблеми може да се класифицираат и според околината на протокот. Надворешната аеродинамика е проучување на протокот околу цврсти објекти со различни облици (на пр. околу крило на авион), додека внатрешната аеродинамика е проучување на протокот низ премини во цврсти објекти (на пр. низ млазен мотор).
Претпоставка за континуум За разлика од течностите и цврстите материи, гасовите се составени од дискретни молекули кои зафаќаат само мал дел од зафатнината исполнета со гасот. На молекуларно ниво, полињата на проток се составени од судири на многу поединечни молекули на гас меѓу себе и нивните судири со цврсти површини. Сепак, во повеќето аеродинамички апликации, дискретната молекуларна природа на гасовите се занемарува и се претпоставува дека полето на проток се однесува како континуум. Оваа претпоставка овозможува својствата на флуидот, како што се густината и брзината на проток, да се дефинираат насекаде во рамките на протокот.
Валидноста на претпоставката за континуум зависи од густината на гасот и предметната примена. За да биде валидна претпоставката за континуум, средната должина на слободната патека мора да биде многу помала од скалата на должина на предметната примена. На пример, многу апликации за аеродинамика се занимаваат со летање на авиони во атмосферски услови, каде што средната должина на слободната патека е од редот на микрометри и каде што телото е поголемо за редови на големина. Во овие случаи, скалата на должина на авионот се движи од неколку метри до неколку десетици метри, што е многу поголемо од средната должина на слободниот пат. За вакви апликации, претпоставката за континуум е разумна. Претпоставката за континуум е помалку валидна за текови со крајно мала густина како оние со кои се среќаваат превозните средства на многу големи надморски височини (на пр. 90 км) или сателити во нискоземјината орбита. Во овие случаи, статистичката механика е попрецизен метод за решавање на проблемот отколку континуираната аеродинамика. Кнудсеновиот број може да се користи за водење на изборот помеѓу статистичката механика и континуираната формулација на аеродинамиката.
Закони за запазување Претпоставката за континуум на флуиди овозможува проблемите во аеродинамиката да се решаваат со користење на законите за зачувување на динамиката на флуидите. Се користат три принципи на зачувување:
Запазување на масата Зачувувањето на масата бара масата ниту да се создава ниту да се уништува во рамките на протокот; математичката формулација на овој принцип е позната како равенка на континуитет на масата . Запазување на импулсот Математичката формулација на овој принцип може да се смета за примена на вториот Њутнов закон. Импулсот во рамките на течењето се менува само од надворешни сили, кои можат да вклучуваат и површински сили како што се вискозните (триечки) сили, и масените сили, како што е тежината. Начелото на зачувување на импулсот може да се изрази или како векторска равенка или поделено во множество од три скаларни равенки (x, y, z компоненти). Зачувување на енергијата Равенката за зачувување на енергијата наведува дека енергијата ниту се создава ниту се уништува во рамките на еден течен тек, и дека секое додавање или одземање на енергија на волуменот во течението е предизвикано од пренос на топлина или од работа во и надвор од областа од интерес.