Aerodinamik
Aerodinamik; hareket eden katı kütlelerin havayla etkileşimlerini inceleyen bilim dalıdır. Aerodinamik sözcüğü Yunanca'dan gelmiş olup havanın hareketi hakkında olan bir bilim dalıdır. Parçalı olarak katı bir cisim ile irtibata geçmiş olması, havanın hareketi ve uçağın kanadı gibi, buna örnek olarak gösterilebilir. Aerodinamik akışkan dinamiği ve gaz dinamiğinin bir alt dalıdır, ve aerodinamiğin birçok bakış açısı teorisi bu alanlarda ortaktır. Aerodinamik genellikle gaz dinamiği için kullanılır, gaz dinamiğinin aerodinamikten farkı gaz dinamiği tüm gazlar için çalışır, aerodinamik gibi yalnızca hava ile sınırlanmamıştır. ⓘ
Modern olarak resmi aerodinamik çalışmaları onsekizinci yüzyılda başladı, önemli konseptlerin gözlemleri olmasına karşın, aerodinamik sürükleme gibi, çok daha önceden kaydedilmişti. İlk aerodinamik çalışmaları havadan ağır olma deneyi olarak Wilbur ve Orville Wright tarafından 1903 te yapılmıştı. Bunlardan sonra aerodinamiğin matematiksel analizleri, deneysel yakınsamalar, rüzgâr tünelleri deneyleri, ve bilgisayar canlandırmaları hala süren bilimsel temelleri oluşturdu. Hâlâ sürmekte olan aerodinamik çalışmaları sıkıştırılabilir akım, türbülans ve sınırlandırılmış tabakalar hakkında olmaktadır. ⓘ
Tarihçe
Modern aerodinamik sadece on yedinci yüzyıla kadar uzanmaktadır, ancak aerodinamik kuvvetler binlerce yıldır insanlar tarafından yelkenli teknelerde ve yel değirmenlerinde kullanılmaktadır ve Antik Yunan efsanesi Icarus ve Daedalus gibi uçuş görüntüleri ve hikayeleri kayıtlı tarih boyunca ortaya çıkmaktadır. Süreklilik, sürüklenme ve basınç gradyanlarına ilişkin temel kavramlar Aristo ve Arşimet'in çalışmalarında yer almaktadır. ⓘ
1726'da Sir Isaac Newton, hava direnci teorisini geliştiren ilk kişi oldu ve bu onu ilk aerodinamikçilerden biri haline getirdi. Hollandalı-İsviçreli matematikçi Daniel Bernoulli 1738'de Hydrodynamica'yı yayınlayarak bugün Bernoulli prensibi olarak bilinen ve aerodinamik kaldırma kuvvetini hesaplamak için bir yöntem sağlayan sıkıştırılamaz akış için basınç, yoğunluk ve akış hızı arasındaki temel ilişkiyi tanımladı. 1757 yılında Leonhard Euler, hem sıkıştırılabilir hem de sıkıştırılamaz akışlara uygulanabilen daha genel Euler denklemlerini yayınladı. Euler denklemleri 1800'lerin ilk yarısında viskozite etkilerini de içerecek şekilde genişletilmiş ve Navier-Stokes denklemleri ortaya çıkmıştır. Navier-Stokes denklemleri akışkan akışının en genel yönetim denklemleridir ancak en basit şekiller hariç tüm şekiller etrafındaki akış için çözülmesi zordur. ⓘ
1799 yılında Sir George Cayley, uçuşun dört aerodinamik kuvvetini (ağırlık, kaldırma, sürükleme ve itme) ve bunlar arasındaki ilişkileri tanımlayan ilk kişi oldu ve bunu yaparak bir sonraki yüzyıl için havadan daha ağır uçuşa giden yolun ana hatlarını çizdi. 1871 yılında Francis Herbert Wenham ilk rüzgar tünelini inşa ederek aerodinamik kuvvetlerin hassas bir şekilde ölçülmesini sağladı. Sürükleme teorileri Jean le Rond d'Alembert, Gustav Kirchhoff ve Lord Rayleigh tarafından geliştirildi. 1889'da Fransız havacılık mühendisi Charles Renard, sürekli uçuş için gereken gücü makul bir şekilde tahmin eden ilk kişi oldu. Planör uçuşlarında oldukça başarılı olan ilk kişi olan Otto Lilienthal, aynı zamanda yüksek kaldırma ve düşük sürtünme üretecek ince, kavisli kanatçıklar öneren ilk kişiydi. Bu gelişmelerin yanı sıra kendi rüzgar tünellerinde yürüttükleri araştırmalara dayanarak Wright kardeşler 17 Aralık 1903'te ilk motorlu uçağı uçurdular. ⓘ
İlk uçuşlar sırasında, Frederick W. Lanchester, Martin Kutta ve Nikolai Zhukovsky bağımsız olarak bir sıvı akışının sirkülasyonunu kaldırma kuvvetine bağlayan teoriler oluşturdular. Kutta ve Zhukovsky iki boyutlu bir kanat teorisi geliştirmeye devam etti. Lanchester'ın çalışmalarını genişleten Ludwig Prandtl, ince kanat ve kaldırma çizgisi teorilerinin arkasındaki matematiği geliştirmenin yanı sıra sınır katmanlarla ilgili çalışmalarıyla da tanınır. ⓘ
Uçak hızı arttıkça tasarımcılar ses hızına yakın hızlarda havanın sıkıştırılabilirliği ile ilgili zorluklarla karşılaşmaya başladılar. Bu koşullar altında hava akışındaki farklılıklar uçak kontrolünde sorunlara, şok dalgaları nedeniyle artan sürüklenmeye ve aeroelastik çarpıntı nedeniyle yapısal arıza tehdidine yol açmaktadır. Akış hızının ses hızına oranı, süpersonik akışın özelliklerini ilk araştıranlardan biri olan Ernst Mach'tan sonra Mach sayısı olarak adlandırılmıştır. Macquorn Rankine ve Pierre Henri Hugoniot bağımsız olarak bir şok dalgasından önce ve sonra akış özellikleri teorisini geliştirirken, Jakob Ackeret süpersonik kanatların kaldırma ve sürüklemesini hesaplayan ilk çalışmaya öncülük etmiştir. Theodore von Kármán ve Hugh Latimer Dryden, sürüklemenin hızla arttığı kritik Mach sayısı ile Mach 1 arasındaki akış hızlarını tanımlamak için transonik terimini ortaya atmıştır. Sürtünmedeki bu hızlı artış, 1947 yılında Bell X-1 uçağı kullanılarak ses bariyeri aşılana kadar aerodinamikçilerin ve havacıların süpersonik uçuşun başarılabilir olup olmadığı konusunda fikir ayrılığına düşmelerine neden olmuştur. ⓘ
Ses bariyeri aşıldığında, aerodinamikçilerin ses altı ve düşük ses üstü akış anlayışı olgunlaşmıştı. Soğuk Savaş, sürekli gelişen bir yüksek performanslı uçak serisinin tasarlanmasına yol açtı. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, karmaşık nesnelerin etrafındaki akış özelliklerini çözme çabası olarak başladı ve hızla büyüyerek tüm uçağın bilgisayar yazılımı kullanılarak tasarlanabildiği, rüzgar tüneli testlerinin ardından bilgisayar tahminlerini doğrulamak için uçuş testlerinin yapıldığı bir noktaya geldi. Süpersonik ve hipersonik aerodinamik anlayışı 1960'lardan bu yana olgunlaşmış ve aerodinamikçilerin hedefleri akışkan akışının davranışından, akışkan akışıyla tahmin edilebilir bir şekilde etkileşime girecek şekilde bir aracın mühendisliğine kaymıştır. Süpersonik ve hipersonik koşullar için uçak tasarlamanın yanı sıra mevcut uçakların ve tahrik sistemlerinin aerodinamik verimliliğini artırma arzusu, aerodinamik alanında yeni araştırmaları motive etmeye devam ederken, akış türbülansı ve Navier-Stokes denklemlerinin analitik çözümlerinin varlığı ve tekliği ile ilgili temel aerodinamik teorisindeki önemli sorunlar üzerinde çalışmalar yapılmaya devam etmektedir. ⓘ
Temel kavramlar
Havanın bir nesne etrafındaki hareketini (genellikle akış alanı olarak adlandırılır) anlamak, nesne üzerinde etkili olan kuvvetlerin ve momentlerin hesaplanmasını sağlar. Birçok aerodinamik probleminde, ilgilenilen kuvvetler uçuşun temel kuvvetleridir: kaldırma, sürükleme, itme ve ağırlık. Bunlardan kaldırma ve sürükleme aerodinamik kuvvetlerdir, yani katı bir cisim üzerindeki hava akışından kaynaklanan kuvvetlerdir. Bu büyüklüklerin hesaplanması genellikle akış alanının bir süreklilik olarak davrandığı varsayımı üzerine kuruludur. Sürekli akış alanları, konum ve zamanın fonksiyonları olabilen akış hızı, basınç, yoğunluk ve sıcaklık gibi özelliklerle karakterize edilir. Bu özellikler aerodinamik deneylerinde doğrudan veya dolaylı olarak ölçülebilir veya hava akışlarında kütle, momentum ve enerjinin korunumu denklemlerinden yola çıkılarak hesaplanabilir. Akış alanlarını sınıflandırmak için yoğunluk, akış hızı ve ek bir özellik olan viskozite kullanılır. ⓘ
Akış sınıflandırması
Akış hızı, akışları hız rejimine göre sınıflandırmak için kullanılır. Ses altı akışlar, hava hızı alanının her zaman yerel ses hızının altında olduğu akış alanlarıdır. Transonik akışlar hem ses altı akış bölgelerini hem de yerel akış hızının yerel ses hızından daha büyük olduğu bölgeleri içerir. Süpersonik akışlar, akış hızının her yerde ses hızından daha büyük olduğu akışlar olarak tanımlanır. Dördüncü bir sınıflandırma olan hipersonik akış, akış hızının ses hızından çok daha büyük olduğu akışları ifade eder. Aerodinamikçiler hipersonik akışın kesin tanımı konusunda hemfikir değildir. ⓘ
Sıkıştırılabilir akış, akış içindeki değişen yoğunluğu hesaba katar. Ses altı akışlar genellikle sıkıştırılamaz olarak idealize edilir, yani yoğunluğun sabit olduğu varsayılır. Transonik ve süpersonik akışlar sıkıştırılabilirdir ve bu akış alanlarındaki yoğunluk değişimlerini ihmal eden hesaplamalar hatalı sonuçlar verecektir. ⓘ
Viskozite, bir akıştaki sürtünme kuvvetleri ile ilişkilidir. Bazı akış alanlarında viskoz etkiler çok küçüktür ve yaklaşık çözümler viskoz etkileri güvenli bir şekilde ihmal edebilir. Bu yaklaşımlar viskoz olmayan akışlar olarak adlandırılır. Viskozitenin ihmal edilmediği akışlar viskoz akışlar olarak adlandırılır. Son olarak, aerodinamik problemler akış ortamına göre de sınıflandırılabilir. Dış aerodinamik, çeşitli şekillerdeki katı nesnelerin etrafındaki (örneğin bir uçak kanadının etrafındaki) akışın incelenmesidir; iç aerodinamik ise katı nesnelerin içindeki geçitlerden (örneğin bir jet motorundan) geçen akışın incelenmesidir. ⓘ
Süreklilik varsayımı
Sıvıların ve katıların aksine gazlar, gaz tarafından doldurulan hacmin sadece küçük bir kısmını kaplayan ayrı moleküllerden oluşur. Moleküler düzeyde, akış alanları çok sayıda gaz molekülünün kendi aralarında ve katı yüzeylerle çarpışmalarından oluşur. Bununla birlikte, çoğu aerodinamik uygulamasında, gazların ayrık moleküler doğası göz ardı edilir ve akış alanının bir süreklilik olarak davrandığı varsayılır. Bu varsayım, yoğunluk ve akış hızı gibi akışkan özelliklerinin akış içinde her yerde tanımlanmasına olanak tanır. ⓘ
Süreklilik varsayımının geçerliliği gazın yoğunluğuna ve söz konusu uygulamaya bağlıdır. Süreklilik varsayımının geçerli olabilmesi için ortalama serbest yol uzunluğunun söz konusu uygulamanın uzunluk ölçeğinden çok daha küçük olması gerekir. Örneğin, birçok aerodinamik uygulaması, ortalama serbest yol uzunluğunun mikrometre mertebesinde olduğu ve gövdenin büyüklük sırasına göre daha büyük olduğu atmosferik koşullarda uçan uçaklarla ilgilidir. Bu durumlarda, uçağın uzunluk ölçeği birkaç metre ile birkaç on metre arasında değişir ve bu da ortalama serbest yol uzunluğundan çok daha büyüktür. Bu tür uygulamalar için süreklilik varsayımı makuldür. Süreklilik varsayımı, çok yüksek irtifalardaki (örneğin 300.000 ft/90 km) araçlar veya Alçak Dünya yörüngesindeki uydular tarafından karşılaşılanlar gibi aşırı düşük yoğunluklu akışlar için daha az geçerlidir. Bu durumlarda, istatistiksel mekanik, problemi çözmek için sürekli aerodinamikten daha doğru bir yöntemdir. Knudsen sayısı, istatistiksel mekanik ile aerodinamiğin sürekli formülasyonu arasındaki seçimi yönlendirmek için kullanılabilir. ⓘ
Korunum yasaları
Akışkan sürekliliği varsayımı, aerodinamikteki problemlerin akışkan dinamiği korunum yasaları kullanılarak çözülmesine olanak tanır. Üç korunum ilkesi kullanılır:
- Kütlenin korunumu
- Kütlenin korunumu, bir akış içinde kütlenin ne yaratılmasını ne de yok edilmesini gerektirir; bu ilkenin matematiksel formülasyonu kütle süreklilik denklemi olarak bilinir.
- Momentumun korunumu
- Bu ilkenin matematiksel formülasyonu Newton'un İkinci Yasasının bir uygulaması olarak düşünülebilir. Bir akıĢ içerisindeki momentum yalnızca dıĢ kuvvetler tarafından değiĢtirilir; bu kuvvetler hem viskoz (sürtünme) kuvvetleri gibi yüzey kuvvetlerini hem de ağırlık gibi vücut kuvvetlerini içerebilir. Momentum korunumu ilkesi bir vektör denklemi olarak ifade edilebilir ya da üç skaler denklem (x,y,z bileşenleri) kümesine ayrılabilir.
- Enerji korunumu
- Enerji korunumu denklemi, enerjinin bir akış içinde ne yaratıldığını ne de yok edildiğini ve akıştaki bir hacme enerji eklenmesi veya çıkarılmasının ısı transferinden veya ilgilenilen bölgeye giren veya çıkan işten kaynaklandığını belirtir. ⓘ
Bu denklemler birlikte Navier-Stokes denklemleri olarak bilinir, ancak bazı yazarlar bu terimi yalnızca momentum denklem(ler)ini içerecek şekilde tanımlamaktadır. Navier-Stokes denklemlerinin bilinen bir analitik çözümü yoktur ve modern aerodinamikte hesaplama teknikleri kullanılarak çözülür. Yüksek hızlı bilgisayarlar kullanan hesaplama yöntemleri geçmişte mevcut olmadığından ve bu karmaşık denklemleri çözmenin yüksek hesaplama maliyeti artık mevcut olduğundan, Navier-Stokes denklemlerinin basitleştirmeleri kullanılmış ve kullanılmaya devam etmektedir. Euler denklemleri, viskoziteyi ihmal eden ve viskozitenin etkisinin küçük olmasının beklendiği durumlarda kullanılabilen bir dizi benzer korunum denklemidir. Daha ileri basitleştirmeler Laplace denklemine ve potansiyel akış teorisine yol açar. Ayrıca, Bernoulli denklemi hem momentum hem de enerji korunumu denklemlerinin tek boyutta çözümüdür. ⓘ
İdeal gaz kanunu veya bu türden başka bir durum denklemi, bilinmeyen değişkenler için çözüme izin veren belirlenmiş bir sistem oluşturmak üzere genellikle bu denklemlerle birlikte kullanılır. ⓘ
Aerodinamiğin dalları
Aerodinamik problemler akış ortamına veya akış hızı, sıkıştırılabilirlik ve viskozite gibi akış özelliklerine göre sınıflandırılır. Dış aerodinamik, çeşitli şekillerdeki katı nesnelerin etrafındaki akışın incelenmesidir. Bir uçaktaki kaldırma ve sürüklemenin veya bir roketin burnunun önünde oluşan şok dalgalarının değerlendirilmesi dış aerodinamik örnekleridir. İç aerodinamik, katı cisimlerdeki geçitlerden geçen akışın incelenmesidir. Örneğin, iç aerodinamik, bir jet motorundan veya bir klima borusundan geçen hava akışının incelenmesini kapsar. ⓘ
Aerodinamik problemler akış hızının ses hızının altında, yakınında veya üstünde olmasına göre de sınıflandırılabilir. Problemdeki tüm hızlar ses hızının altındaysa problem sesaltı, ses hızının hem altında hem de üstünde hızlar mevcutsa transonik (normalde karakteristik hız yaklaşık olarak ses hızı olduğunda), karakteristik akış hızı ses hızından büyükse süpersonik ve akış hızı ses hızından çok daha büyükse hipersonik olarak adlandırılır. Aerodinamikçiler hipersonik akışın kesin tanımı konusunda hemfikir değildir; kaba bir tanımla Mach sayısı 5'in üzerinde olan akışlar hipersonik olarak kabul edilir. ⓘ
Viskozitenin akış üzerindeki etkisi üçüncü bir sınıflandırmayı belirler. Bazı problemlerde sadece çok küçük viskoz etkilerle karşılaşılabilir, bu durumda viskozitenin ihmal edilebilir olduğu düşünülebilir. Bu problemlere yaklaşımlar viskoz olmayan akışlar olarak adlandırılır. Viskozitenin ihmal edilemediği akışlar ise viskoz akışlar olarak adlandırılır. ⓘ
Sıkıştırılamaz aerodinamik
Sıkıştırılamaz bir akış, yoğunluğun hem zaman hem de uzayda sabit olduğu bir akıştır. Tüm gerçek akışkanlar sıkıştırılabilir olmasına rağmen, yoğunluk değişimlerinin etkisi hesaplanan sonuçlarda yalnızca küçük değişikliklere neden oluyorsa, bir akış genellikle sıkıştırılamaz olarak kabul edilir. Akış hızları ses hızından önemli ölçüde düşük olduğunda bunun doğru olma olasılığı daha yüksektir. Sıkıştırılabilirliğin etkileri ses hızına yakın veya üzerindeki hızlarda daha belirgindir. Mach sayısı sıkıştırılamazlığın varsayılıp varsayılamayacağını değerlendirmek için kullanılır, aksi takdirde sıkıştırılabilirliğin etkileri dahil edilmelidir. ⓘ
Ses altı akış
Ses altı (veya düşük hızlı) aerodinamik, akışın her yerinde ses hızından çok daha düşük olan akışlardaki akışkan hareketini tanımlar. Ses altı akışın çeşitli dalları vardır ancak özel bir durum, akış viskoz, sıkıştırılamaz ve dönmez olduğunda ortaya çıkar. Bu durum potansiyel akış olarak adlandırılır ve akışı tanımlayan diferansiyel denklemlerin akışkanlar dinamiği denklemlerinin basitleştirilmiş bir versiyonu olmasını sağlar, böylece aerodinamikçiye bir dizi hızlı ve kolay çözüm sunar. ⓘ
Ses altı bir problemi çözerken, aerodinamikçi tarafından verilmesi gereken bir karar, sıkıştırılabilirlik etkilerinin dahil edilip edilmeyeceğidir. Sıkıştırılabilirlik, akıştaki yoğunluk değişim miktarının bir tanımıdır. Sıkıştırılabilirliğin çözüm üzerindeki etkileri küçük olduğunda, yoğunluğun sabit olduğu varsayımı yapılabilir. Bu durumda problem sıkıştırılamaz bir düşük hızlı aerodinamik problemidir. Yoğunluğun değişmesine izin verildiğinde, akış sıkıştırılabilir olarak adlandırılır. Havada, akıştaki Mach sayısı 0,3'ü (saniyede yaklaşık 335 feet (102 m) veya 60 °F'de (16 °C) saatte 228 mil (366 km)) aşmadığında sıkıştırılabilirlik etkileri genellikle göz ardı edilir. Mach 0.3'ün üzerinde, problem akışı sıkıştırılabilir aerodinamik kullanılarak tanımlanmalıdır. ⓘ
Sıkıştırılabilir aerodinamik
Aerodinamik teorisine göre, yoğunluk bir akım çizgisi boyunca değişiyorsa bir akış sıkıştırılabilir olarak kabul edilir. Bu, sıkıştırılamaz akıştan farklı olarak yoğunluktaki değişikliklerin dikkate alındığı anlamına gelir. Genel olarak bu, akışın bir kısmında veya tamamında Mach sayısının 0,3'ü aştığı durumdur. Mach 0.3 değeri oldukça keyfidir, ancak bu değerin altında Mach sayısına sahip gaz akışları yoğunlukta %5'ten daha az değişiklik gösterdiği için kullanılır. Ayrıca, bu maksimum %5 yoğunluk değişimi durgunluk noktasında (akış hızının sıfır olduğu nesne üzerindeki nokta) meydana gelirken, nesnenin geri kalanı etrafındaki yoğunluk değişimleri önemli ölçüde daha düşük olacaktır. Transonik, süpersonik ve hipersonik akışların hepsi sıkıştırılabilir akışlardır. ⓘ
Transonik akış
Transonik terimi, yerel ses hızının (genellikle Mach 0.8-1.2 olarak alınır) hemen altındaki ve üstündeki akış hızları aralığını ifade eder. Bir hava aracının üzerindeki hava akışının bazı kısımlarının süpersonik hale geldiği kritik Mach sayısı ile hava akışının tamamının süpersonik olduğu tipik olarak Mach 1.2'ye yakın daha yüksek bir hız arasındaki hız aralığı olarak tanımlanır. Bu hızlar arasında, hava akışının bir kısmı süpersonikken, bir kısmı süpersonik değildir. ⓘ
Süpersonik akış
Süpersonik aerodinamik problemler, ses hızından daha yüksek akış hızlarını içeren problemlerdir. Seyir sırasında Concorde üzerindeki kaldırma kuvvetinin hesaplanması süpersonik aerodinamik problemlere örnek olarak verilebilir. ⓘ
Süpersonik akış ses altı akıştan çok farklı davranır. Akışkanlar basınçtaki farklılıklara tepki verirler; basınç değişiklikleri bir akışkana çevresine nasıl tepki vermesi gerektiğinin "söylenmesidir". Bu nedenle, ses aslında bir akışkan içinde yayılan sonsuz küçük bir basınç farkı olduğundan, bu akışkan içindeki ses hızı, "bilginin" akış içinde hareket edebileceği en yüksek hız olarak düşünülebilir. Bu fark kendini en açık şekilde bir akışkanın bir nesneye çarpması durumunda gösterir. Bu cismin önünde, cisimle çarpışma hareketli akışkanı durma noktasına getirdiğinden, akışkan bir durgunluk basıncı oluşturur. Ses altı hızda hareket eden akışkanlarda, bu basınç bozukluğu yukarı doğru yayılabilir, nesnenin önündeki akış modelini değiştirebilir ve görünüşte hareketini ayarlayarak akışkanın nesnenin orada olduğunu "bildiği" ve onun etrafında aktığı izlenimini verir. Ancak süpersonik bir akışta basınç bozukluğu yukarı yönde yayılamaz. Bu nedenle, akışkan nihayet nesneye ulaştığında ona çarpar ve akışkan özelliklerini - sıcaklık, yoğunluk, basınç ve Mach sayısı - şok dalgası adı verilen son derece şiddetli ve geri döndürülemez bir şekilde değiştirmeye zorlanır. Yüksek akış hızına sahip (bkz. Reynolds sayısı) akışkanların sıkıştırılabilirlik etkileriyle birlikte şok dalgalarının varlığı, süpersonik ve ses altı aerodinamik rejimleri arasındaki temel farktır. ⓘ
Hipersonik akış
Aerodinamikte, hipersonik hızlar oldukça süpersonik olan hızlardır. Bu terim 1970'lerde genellikle Mach 5 (ses hızının 5 katı) ve üzerindeki hızları ifade etmek için kullanılmaya başlanmıştır. Hipersonik rejim, süpersonik rejimin bir alt kümesidir. Hipersonik akış, bir şok dalgasının arkasında yüksek sıcaklıkta akış, viskoz etkileşim ve gazın kimyasal ayrışması ile karakterize edilir. ⓘ
İlişkili terminoloji
Sıkıştırılamaz ve sıkıştırılabilir akış rejimleri, sınır tabakalar ve türbülans gibi birçok ilişkili fenomen üretir. ⓘ
Sınır katmanları
Sınır tabaka kavramı aerodinamikteki birçok problemde önemlidir. Havadaki viskozite ve akışkan sürtünmesinin sadece bu ince tabakada önemli olduğu varsayılır. Bu varsayım, bu tür aerodinamiklerin tanımlanmasını matematiksel olarak çok daha kolay hale getirir. ⓘ
Türbülans
Aerodinamikte türbülans, akıştaki kaotik özellik değişiklikleri ile karakterize edilir. Bunlar düşük momentum difüzyonu, yüksek momentum konveksiyonu ve uzay ve zamanda basınç ve akış hızının hızlı değişimini içerir. Türbülanslı olmayan akış laminer akış olarak adlandırılır. ⓘ
Diğer alanlarda aerodinamik
Mühendislik tasarımı
Aerodinamik, ana hedefin aracın sürtünme katsayısını düşürmek olduğu yol arabaları ve kamyonlar ile sürtünmeyi azaltmanın yanı sıra genel bastırma kuvveti seviyesini artırmanın da hedeflendiği yarış arabaları da dahil olmak üzere araç tasarımının önemli bir unsurudur. Aerodinamik, yelkenli gemilere etki eden kuvvet ve momentlerin tahmininde de önemlidir. Sabit disk kafaları gibi mekanik bileşenlerin tasarımında kullanılır. Yapı mühendisleri büyük binaların, köprülerin ve rüzgar türbinlerinin tasarımında rüzgar yüklerini hesaplarken aerodinamiğe ve özellikle aeroelastisiteye başvururlar ⓘ
İç geçitlerin aerodinamiği ısıtma/havalandırma, gaz boruları ve detaylı akış modellerinin motorun performansını güçlü bir şekilde etkilediği otomotiv motorlarında önemlidir. ⓘ
Özellikle uçakların, roketlerin ve füzelerin havadaki hareketlerini belirleyen ilkeleri açıklar. Ayrıca otomobillerin, hızlı trenlerin, gemilerin tasarımıyla, köprülerin ve çok yüksek yapıların şiddetli rüzgâra dayanabilecek biçimde inşa edilmeleriyle ilgilenir. ⓘ
Çevresel tasarım
Kentsel aerodinamik, şehir planlamacıları ve tasarımcılar tarafından dış mekanlarda çevreyi iyileştirmek veya kentsel kirliliğin etkilerini azaltmak için kentsel mikro iklimler yaratmak amacıyla incelenmektedir. Çevresel aerodinamik alanı, atmosferik dolaşımın ve uçuş mekaniğinin ekosistemleri etkileme yollarını açıklar. ⓘ
Aerodinamik denklemler sayısal hava tahminlerinde kullanılır. ⓘ
Sporda top kontrolü
Aerodinamiğin çok önemli olduğu sporlar arasında futbol, masa tenisi, kriket, beyzbol ve golf yer almaktadır; bu sporlarda çoğu oyuncu "Magnus etkisi "ni kullanarak topun yörüngesini kontrol edebilmektedir. ⓘ
Aerodinamiğe etki eden atmosferik şartlar
Hematolojik karakter
Aerodinamik karakter
- Havanın yapışkanlığı
- Havanın sıkışması
- Havanın elastikiyeti
- Havanın enerjisi
- Havanın direnci ⓘ