Кіріспе
Аэродинамика (ἀήρ aero (ауа) + δυναμική (динамика)) – ауа қозғалысын зерттеу саласы, әсіресе ол қатты денеге, мысалы, ұшақ қанатына тиген кездегі қозғалысын. Ол сұйықтық динамикасы және оның ішкі саласы – газ динамикасымен байланысты мәселелерді қамтиды және аэронавтикадағы маңызды зерттеу саласы болып табылады. Аэродинамика термині көбінесе газ динамикасымен бір мағынада қолданылады, бірақ "газ динамикасы" барлық газдардың қозғалысын зерттеуге қатысты, ал аэродинамика ауамен ғана шектелмейді. Аэродинамиканы формалды түрде зерттеулер XVIII ғасырда басталды, бірақ аэродинамикалық қарсылық сияқты негізгі ұғымдар туралы байқаулар одан бұрын да жазылған. Аэродинамикадағы алғашқы күш-жігердің көп бөлігі ауадан ауыр ұшуға қол жеткізуге бағытталған, ал оны алғаш рет Отто Лилиенталь 1891 жылы көрсетті. Содан бері математикалық талдау, эмпирикалық жуықтаулар, жел тоннеліндегі тәжірибелер және компьютерлік модельдеу арқылы аэродинамиканы қолдану ауадан ауыр ұшуды және басқа да көптеген технологияларды дамытудың ғылыми негізін қалады. Аэродинамикадағы соңғы жұмыстар сығылғыш ағын, турбуленттілік және шекаралық қабаттар мәселелеріне бағытталған және көбінесе есептеулерге негіделген.
Aerodynamics (ἀήρ aero (air) + δυναμική (dynamics)) is the study of the motion of air, particularly when affected by a solid object, such as an airplane wing. It involves topics covered in the field of fluid dynamics and its subfield of gas dynamics, and is an important domain of study in aeronautics. The term aerodynamics is often used synonymously with gas dynamics, the difference being that "gas dynamics" applies to the study of the motion of all gases, and is not limited to air. The formal study of aerodynamics began in the modern sense in the eighteenth century, although observations of fundamental concepts such as aerodynamic drag were recorded much earlier. Most of the early efforts in aerodynamics were directed toward achieving heavier than air flight, which was first demonstrated by Otto Lilienthal in 1891. Since then, the use of aerodynamics through mathematical analysis, empirical approximations, wind tunnel experimentation, and computer simulations has formed a rational basis for the development of heavier than air flight and a number of other technologies. Recent work in aerodynamics has focused on issues related to compressible flow, turbulence, and boundary layers and has become increasingly computational in nature.
Тарих
Қазіргі заманғы аэродинамика тек он жетінші ғасырға ғана қатысты, бірақ аэродинамикалық күштерді адамдар мыңдаған жылдар бойы желкенді қайықтар мен жел диірмендерінде қолданған, ал ұшу туралы суреттер мен әңгімелер жазылған тарихтың өзінде кездеседі, мысалы, ежелгі грек аңызындағы Икар мен Дедал. Аристотель мен Архимедтің еңбектерінде континуум, соғу және қысым градиенттерінің негізгі ұғымдары келтірілген. Бұл оларды алғашқы аэродинамиктердің біріне айналдырды. Голланд-швейцар математигі Даниэль Бернулли 1738 жылы «Гидродинамика» еңбегінде қысым, тығыздық және ағын жылдамдығы арасындағы маңызды байланысты сипаттады, бұл қазір Бернулли принципі деп аталады және аэродинамикалық көтергіш күшті есептеудің бір жолын ұсынады. 1757 жылы Леонард Эйлер сығылатын және сығылмайтын ағындарға қолданылатын жалпы Эйлер теңдеулерін жариялады. Эйлер теңдеулері 1800 жылдардың бірінші жартысында тұтқырлықтың әсерін қосу үшін кеңейтілді, нәтижесінде Навье-Сток теңдеулері пайда болды. Навье-Сток теңдеулері сұйықтық ағынының ең жалпы басқару теңдеулері болып табылады, бірақ оларды барлық пішіндер үшін, ең қарапайымдарынан басқа, ағын үшін шешу қиын. 1799 жылы сэр Джордж Кейли ұшудың төрт аэродинамикалық күшін (салмақ, көтергіш күш, соғу және итеру) және олардың арасындағы байланысты анықтаған алғашқы адам болды, соның арқасында ол келесі ғасырда ауадан ауыр ұшуға қол жеткізу жолын көрсетті. 1871 жылы Фрэнсис Герберт Вэнэм аэродинамикалық күштерді дәл өлшеуге мүмкіндік беретін алғашқы жел туннелін құрды. Жан ле Ронд д’Алембер, Густав Кирхофф және Лорд Рэйли соғу теориясын жасады. 1889 жылы француз авиациялық инженеры Шарль Ренар ұшқышты ұзақ уақытқа ұшу үшін қажетті қуатты дұрыс болжаған алғашқы адам болды. Глайдерлік ұшуда үлкен жетістікке жеткен Отто Лилиентал, сондай-ақ жоғары көтергіш күш пен төмен соғуды қамтамасыз ететін жұқа, иілген қанаттарды ұсынған алғашқы адам болды. Осы жетістіктерге және өздерінің жел туннелінде жүргізген зерттеулеріне сүйене отырып, Райт ағайындылар 1903 жылдың 17 желтоқсанында алғашқы қозғалтқышты ұшақты ұшырды. Алғашқы ұшулар кезінде Фредерик В. Ланчестер, Мартин Кутта және Николай Жуковский сұйықтық ағынының айналымын көтерумен байланыстыратын теорияларды тәуелсіз түрде жасады. Кутта мен Жуковский екі өлшемді қанат теориясын жасады. Ланчестердің жұмысын кеңейте отырып, Людвиг Прандтль жұқа қанаттар және көтергіш сызықтар теориясының математикалық негізін, сондай-ақ шекаралық қабаттармен жұмысты дамытты. Ұшақ жылдамдығы артқан сайын конструкторлар дыбыс жылдамдығына жақын жылдамдықтарда ауаның сығымдалуымен байланысты қиындықтарға тап бола бастады. Мұндай жағдайлардағы ауа ағынының өзгешеліктері ұшақты басқаруда қиындықтарға, соққы толқындарынан соғудың күшеюіне және аэроэластикалық дірілден құрылымдық бұзылу қаупіне әкелді. Ағын жылдамдығының дыбыс жылдамдығына қатынасы Эрнст Махтың құрметіне Мах саны деп аталды, ол үстін дыбыстық ағынның қасиеттерін зерттеген алғашқылардың бірі болды. Маккворн Ранкин мен Пьер Анри Хугониот шок толқынынан бұрын және кейін ағынның қасиеттері туралы теорияны тәуелсіз түрде жасады, ал Якоб Акерет үстін дыбыстық қанаттардың көтерілу және соғу күшін есептеу бойынша алғашқы жұмыстарды жүргізді. Теодор фон Карман мен Хью Латимер Драйден критикалық Мах саны мен Мах 1 арасындағы ағын жылдамдықтарын сипаттау үшін «трансоникалық» терминін енгізді, онда соғу күші күрт өседі. Бұл соғу күшінің күрт өсуі аэродинамиктер мен авиаторларды 1947 жылы Bell X 1 ұшағымен дыбыс кедергісін бұзғанға дейін үстін дыбыстық ұшу мүмкін бе екендігі туралы пікірталасқа түсірді. Дыбыс кедергісі бұзылған кезде аэродинамиктердің субдыбыстық және төменгі үстін дыбыстық ағын туралы түсінігі жетілді. Солтүстік соғыс жоғары өнімділігі бар ұшақтардың үнемі дамитын желісін жасауға ықпал етті. Есептеу сұйықтық динамикасы күрделі нысандардың айналасындағы ағын қасиеттерін шешу үшін жасалған күш-жігер ретінде басталды және бүкіл ұшақты компьютерлік бағдарламалық қамтамасыз етуді пайдалана отырып жобалауға мүмкіндік берген деңгейге тез жетті, жел туннеліндегі сынақтар ұшу сынақтарымен расталды. Үстін дыбыстық және гипердыбыстық аэродинамиканы түсіну 1960 жылдан бері жетілді, ал аэродинамиктердің мақсаттары сұйықтық ағынының мінез-құлқынан сұйықтық ағынымен болжамды өзара әрекеттесетін көліктік құралды жасауға ауысты. Үстін дыбыстық және гипердыбыстық жағдайлар үшін ұшақтарды жобалау, сондай-ақ қазіргі ұшақтар мен қозғалтқыштардың аэродинамикалық тиімділігін арттыру қажеттілігі аэродинамикадағы жаңа зерттеулерді ынталандыруда, ал ағынның турбуленттігі және Навье-Сток теңдеулеріне аналитикалық шешімдердің болуы мен бірегейлігіне қатысты негізгі аэродинамикалық теориядағы маңызды мәселелерді зерттеу жұмыстары жалғастыруда.
Негізгі түсініктер
Объектінің айналасындағы ауа қозғалысын (көбінесе ағын өрісі деп аталады) түсіну, объектіге әсер ететін күштер мен моменттерді есептеуге мүмкіндік береді. Көптеген аэродинамикалық мәселелерде ең маңызды күштер – ұшудың негізгі күштері: көтергіш күш, қарсылық күші, итергіш күш және салмақ. Олардың ішінде көтергіш күш пен қарсылық күші – аэродинамикалық күштер, яғни қатты дене бетінен ауа ағынының өтуінен туындайтын күштер. Бұл шамаларды есептеу көбінесе ағын өрісінің үздіксіз орта ретінде қарастырылатындығы туралы болжамға негізделеді. Үздіксіз ағын өрістері ағын жылдамдығы, қысым, тығыздық және температура сияқты қасиеттермен сипатталады, бұл қасиеттер уақыт және кеңістікке байланысты өзгеріп отыруы мүмкін. Бұл қасиеттер аэродинамикалық тәжірибелерде тікелей немесе жанама түрде өлшенуі мүмкін, немесе ауа ағынындағы масса, импульс және энергия сақталу заңдарынан бастап есептелуі мүмкін. Тығыздық, ағын жылдамдығы және қосымша қасиет – тұтқырлық, ағын өрістерін жіктеуге қолданылады.
Ағындылардың жіктелуі
Ағын жылдамдығы ағынды жылдамдық режиміне сәйкес жіктеу үшін қолданылады. Дауыстан төмен ағындар – ауа жылдамдығының мәні әрқашан жергілікті дыбыс жылдамдығынан төмен болатын ағын өрістері. Трансоникалық ағындар субсоникалық ағын аймақтарын және жергілікті ағын жылдамдығының жергілікті дыбыс жылдамдығынан жоғары болатын аймақтарды қамтиды. Дыбыстан жоғары ағындар – ағын жылдамдығы барлық жерде дыбыс жылдамдығынан жоғары болатын ағын ретінде анықталады. Төртінші жіктеме – гипердыбыстық ағын, ол ағын жылдамдығының дыбыс жылдамдығынан едәуір жоғары болатын ағындарды білдіреді. Аэродинамиктер гипердыбыстық ағынның нақты анықтамасы туралы пікірталас тудырады. Сығымдалатын ағын ағын ішіндегі тығыздықтың өзгеруін ескереді. Дауыстан төмен ағындар көбінесе қысылмалы емес деп есептеледі, яғни тығыздық тұрақты деп қарастырылады. Трансоникалық және дыбыстан жоғары ағындар сығымдалатын болып табылады, ал осы ағын өрістеріндегі тығыздық өзгерістерін ескермейтін есептеулер қате нәтижелерге әкелуі мүмкін. Сiлкемдiлiк ағындағы үйкеліс күштерімен байланысты. Кейбір ағын өрістерінде сілкімді әсерлер өте аз, сондықтан шамамен есептеулерде сілкімді әсерлерді қауіпсіз түрде елеуге болады. Мұндай шамалаулар сілкімсіз ағындар деп аталады. Сілкімділігі ескерілмейтін ағындар сілкімді ағындар деп аталады. Соңында, аэродинамикалық мәселелер ағын ортасы бойынша да жіктелуі мүмкін. Сыртқы аэродинамика – әртүрлі пішіндердегі қатты денелердің (мысалы, ұшақ қанатының) айналасындағы ағынды зерттеу, ал ішкі аэродинамика – қатты денелер ішіндегі (мысалы, реактивті қозғалтқыш арқылы) өткелдер арқылы ағынды зерттеу.
Тұрақтылық болжамы
Сұйықтықтар мен қатты денелерден өзгеше, газдар газ толтырған көлемнің шағын бөлігін ғана алып тұратын дискретті молекулалардан құралған. Молекулалық деңгейде ағын өрістері көптеген жеке газ молекулаларының өзара және қатты беттермен соқтығысуынан пайда болады. Дегенмен, көптеген аэродинамикалық қолданыстарда газдардың дискретті молекулалық сипаты ескерілмейді және ағын өрісі үздіксіз деп есептеледі. Бұл болжам ағындағы тығыздық және ағын жылдамдығы сияқты сұйықтық қасиеттерін анықтауға мүмкіндік береді. Үздіксіздік болжамының дұрыстығы газдың тығыздығына және қолданысқа байланысты. Үздіксіздік болжамының жарамды болуы үшін орташа еркін жүріс жолының ұзындығы қолданыстағы нысанның ұзындық өлшемінен әлдеқайда кіші болуы керек. Мысалы, көптеген аэродинамикалық қолданыстар атмосфералық жағдайда ұшатын ұшақтармен айналысады, онда орташа еркін жүріс жолының ұзындығы микрометрлермен өлшенсе, ал дененің көлемі одан әлдеқайда үлкен. Мұндай жағдайларда ұшақтың ұзындық өлшемі бірнеше метрден ондаған метрге дейін жетеді, бұл орташа еркін жүріс жолынан әлдеқайда үлкен. Мұндай қолданыстар үшін үздіксіздік болжамы орынды. Алайда, өте төмен тығыздықтағы ағындар үшін, мысалы, өте биік қабаттарда (мысалы, 300 000 фут/90 км) немесе Жердің төменгі орбитасындағы спутниктерде бұл болжамның дұрыстығы төмендейді. Мұндай жағдайларда, статистикалық механика үздіксіз аэродинамикаға қарағанда мәселені шешудің дәлірек әдісі болып табылады. Кнудсен саны статистикалық механика мен аэродинамиканың үздіксіз тұжырымдамасы арасында таңдау жасауға көмектеседі.
Қорғау заңдары
Сұйықтық континуумы туралы болжам, сұйықтық динамикасының сақталу заңдарын қолдану арқылы аэродинамикадағы мәселелерді шешуге мүмкіндік береді. Үш сақталу принципі қолданылады:
Массаның сақталуы. Массаның сақталуы ағын ішінде массаның пайда болмауы немесе жойылмауы талап етеді; осы принциптің математикалық формуласы массаның үздіксіздігі теңдеуі деп аталады.
Импульстің сақталуы. Осы принциптің математикалық тұжырымдамасы Ньютонның екінші заңының қолданылуы ретінде қарастырылуы мүмкін. Ағын ішіндегі импульс тек сыртқы күштердің әсерінен ғана өзгереді, оларға беттік күштер, мысалы, тұтқырлық (ұқсау) күштері, және дене күштері, мысалы, салмақ кіруі мүмкін. Импульстің сақталу принципі векторлық теңдеу түрінде немесе үш скалярлық теңдеулер жиынтығына бөлінуі мүмкін (x, y, z компоненттері).
Энергияның сақталуы. Энергияның сақталу теңдеуі энергияның ағын ішінде пайда болмайтынын немесе жойылмайтынын, ал ағындағы көлемге энергияның қосылуы немесе алынуы жылу алмасу арқылы немесе қызығушылық тудыратын аймаққа және одан жұмыс істеу арқылы болатынын көрсетеді. Бұл теңдеулер Навье-Стокстің теңдеулері деп аталады, бірақ кейбір авторлар осы терминді тек импульс теңдеуін ғана қамтиды деп анықтайды. Навье-Стокстің теңдеулерінің белгілі аналитикалық шешімі жоқ және олар қазіргі заманғы аэродинамикада есептеу техникасын қолдану арқылы шешіледі. Жоғары жылдамдықты компьютерлерді пайдаланатын есептеу әдістері тарихи түрде қол жетімді болмағандықтан және қазір олар қол жетімді болғандықтан, осы күрделі теңдеулерді шешудің жоғары есептеу шығындары болғандықтан, Навье-Стокстің теңдеулерінің жеңілдетілген түрлері қолданылды және қолданылуда. Эйлер теңдеулері – тұтқырлықты ескермейтін ұқсас сақталу теңдеулерінің жиынтығы және тұтқырлықтың әсері аз болады деп күтілетін жағдайларда қолданылуы мүмкін. Одан әрі жеңілдетулер Лапластың теңдеуіне және потенциалдық ағын теориясына әкеледі. Сонымен қатар, Бернулли теңдеуі импульс және энергияның сақталу теңдеулерінің бір өлшемді шешімі болып табылады. Идеал газ заңы немесе басқа да осындай күй теңдеуі жиі осы теңдеулермен бірге қолданылады, бұл белгісіз айнымалыларды шешуге мүмкіндік беретін анықталған жүйені құруға мүмкіндік береді.
Conservation of mass Conservation of mass requires that mass is neither created nor destroyed within a flow; the mathematical formulation of this principle is known as the mass continuity equation. Conservation of momentum The mathematical formulation of this principle can be considered an application of Newton's Second Law. Momentum within a flow is only changed by external forces, which may include both surface forces, such as viscous (frictional) forces, and body forces, such as weight. The momentum conservation principle may be expressed as either a vector equation or separated into a set of three scalar equations (x,y,z components). Conservation of energy The energy conservation equation states that energy is neither created nor destroyed within a flow, and that any addition or subtraction of energy to a volume in the flow is caused by heat transfer, or by work into and out of the region of interest. Together, these equations are known as the Navier–Stokes equations, although some authors define the term to only include the momentum equation(s). The Navier–Stokes equations have no known analytical solution and are solved in modern aerodynamics using computational techniques. Because computational methods using high speed computers were not historically available and the high computational cost of solving these complex equations now that they are available, simplifications of the Navier–Stokes equations have been and continue to be employed. The Euler equations are a set of similar conservation equations which neglect viscosity and may be used in cases where the effect of viscosity is expected to be small. Further simplifications lead to Laplace's equation and potential flow theory. Additionally, Bernoulli's equation is a solution in one dimension to both the momentum and energy conservation equations. The ideal gas law or another such equation of state is often used in conjunction with these equations to form a determined system that allows the solution for the unknown variables.
Аэродинамика салалары
Аэродинамикалық проблемалар ағын ортасына немесе ағынның қасиеттеріне, соның ішінде ағын жылдамдығына, сығымдалуға және тұтқырлыққа қарай жіктеледі. Сыртқы аэродинамика – әртүрлі пішінді қатты денелердің айналасындағы ағынды зерттейтін ғылым. Ұшақтың көтерілу және қарсылық күштерін бағалау немесе зымыранның мұрны алдында пайда болатын соққы толқындарын зерттеу сыртқы аэродинамиканың мысалдары болып табылады. Ішкі аэродинамика – қатты денелердегі өткелдер арқылы ағынды зерттейтін ғылым. Мысалы, ішкі аэродинамика реактивті қозғалтқыш арқылы немесе кондиционерлік құбыр арқылы ауа ағынын зерттеуді қамтиды. Аэродинамикалық проблемалар ағын жылдамдығының дыбыс жылдамдығынан төмен, шамалас немесе жоғары болуына қарай да жіктеледі. Егер проблемадағы барлық жылдамдықтар дыбыс жылдамдығынан төмен болса, онда ол субдыбыстық деп аталады, егер дыбыс жылдамдығынан төмен және жоғары жылдамдықтар болса (әдетте, ерекше жылдамдық дыбыс жылдамдығына жуық болғанда), ерекше ағын жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан жоғары болса, онда ол супердыбыстық деп аталады, ал ағын жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан әлдеқайда жоғары болса, онда ол гипердыбыстық деп аталады. Аэродинамиктер гипердыбыстық ағынның нақты анықтамасы туралы келіспейді; шамамен анықтама бойынша 5-тен жоғары Мах санына ие ағын гипердыбыстық деп есептеледі. Субдыбыстық проблеманы шешуде аэродинамик сығымдалудың әсерін ескеру қажеттігі туралы шешім қабылдауы керек. Сығымдалу – ағындағы тығыздық өзгеру шамасын сипаттау. Егер шешімге сығымдалудың әсері аз болса, тығыздық тұрақты деп есептеуге болады. Бұл жағдайда проблема төмен жылдамдықты аэродинамикалық проблема болып табылады. Тығыздық өзгеруіне рұқсат берілгенде, ағын сығылатын деп аталады. Ауада, ағындағы Мах саны 0,3-тен аспағанда (секундына шамамен 335 фут (102 м) немесе сағатына 228 миль (366 км) 60°F (16°C) температурада) сығымдалу әсерлері көбінесе ескерілмейді. 0,3 Махтан жоғары ағынды сығылатын аэродинамика қолданып сипаттау керек.
Сығымдалатын аэродинамика
Аэродинамика теориясына сәйкес, егер тығыздық ағын сызығы бойымен өзгерсе, ағын қысылатын болып есептеледі. Бұл, қысылмайтын ағыннан айырмаша, тығыздық өзгерістері ескеріледі дегенді білдіреді. Әдетте, бұл жағдай Мах саны ағынның бір бөлігінде немесе толығымен 0,3-тен жоғары болғанда туындайды. Мах 0,3 саны шартты түрде алынған, бірақ ол қолданылады, себебі осы мәннен төмен Мах санындағы газ ағыны тығыздығының өзгеруі 5%-дан кем болады. Бұдан әрі, тығыздықтың максималды 5%-дық өзгеруі тұрақтанған нүктеде (объектідегі ағын жылдамдығы нөлге тең нүктеде) байқалады, ал объектінің қалған бөлігінде тығыздық өзгеруі айтарлықтай төмен болады. Трансоникалық, үстінкү дыбыстық және гипердыбыстық ағындардың барлығы – қысылатын ағындар.
Трансоникалық ағын
Трансоника термині – бұл жергілікті дыбыс жылдамдығының астындағы және жоғарылағы ағыс жылдамдықтарының диапазоны (әдетте Мах 0.8–1.2 деп есептеледі). Ол, әуе тасымалының үстінен өтетін ауа ағынының кейбір бөліктері дыбыс жылдамдығынан асып кеткенде (критикалық Мах саны), және ауа ағынының барлығы дыбыс жылдамдығынан асқанда, әдетте 1.2 Махқа жуық жылдамдық аралығы ретінде анықталады. Осы жылдамдықтар аралығында ауа ағынының бір бөлігі дыбыс жылдамдығынан асып, ал бір бөлігі – жоқ.
Үзіліссіз ағыны
Дыбыс жылдамдығынан жоғары ағын жылдамдықтарын қамтитын аэродинамикалық мәселелерге үстінкү дыбыстық мәселелер жатады. Конкордтың круиздік ұшу кезінде көтеру күшін есептеу – үстінкү дыбыстық аэродинамикалық мәселенің мысалы бола алады. Үстінкү дыбыстық ағын, дыбыс асты ағыннан өте ерекшеленеді. Сұйықтықтар қысымдағы өзгерістерге жауап береді; қысымның өзгеруі – сұйықтыққа оның қоршаған ортаға қалай жауап беру керектігін «хабарлау» тәсілі. Сондықтан, дыбыс – сұйықтықта таралатын өте шағын қысым айырмашылығы болғандықтан, осы сұйықтықтағы дыбыстың жылдамдығын ағында «ақпараттың» жүре алатын ең жоғары жылдамдық деп қарастыруға болады. Бұл айырмашылық ең анық түрде сұйықтықтың бір затқа соқтығысқан кезде көрінеді. Заттың алдында сұйықтық тұрақтанған қысымды құрайды, себебі затпен соқтығысу қозғалатын сұйықтықты тоқтатуға әкеледі. Дыбыс асты жылдамдықпен қозғалатын сұйықтықта, бұл қысымның бұзылуы ағынның үлгісін өзгертіп, заттың алдында таралуы мүмкін, соның салдарынан сұйықтық заттың бар екенін «біліп», оның қозғалысын реттеп, оның айналысына ағып тұрады. Бірақ, үстінкү дыбыстық ағында қысымның бұзылуы ағынның алдыңғы бөлігіне тарала алмайды. Осылайша, сұйықтық ақыры затқа жеткенде, ол оны соққыға ұшыратып, сұйықтықтың қасиеттерін – температураны, тығыздықты, қысымды және Мах санын – өте күшті және қайтымсыз түрде өзгертуге мәжбүр етеді, бұл құбылыс соққы толқыны деп аталады. Соққы толқындарының болуы, жоғары ағын жылдамдығындағы (Рейнольдс санына қараңыз) сұйықтықтардың сығымдалу әсерімен бірге, үстінкү және астынкү дыбыстық аэродинамикалық режимдер арасындағы басты айырмашылық болып табылады.
Гипердыбыстық ағын
Аэродинамикада гипердыбыстық жылдамдықтар – бұл өте жоғары дыбыстан асып түсетін жылдамдықтар. 1970 жылдары бұл термин әдетте 5 Мах (дыбыс жылдамдығынан 5 есе жоғары) және одан да жоғары жылдамдықтарды білдірді. Гипердыбыстық режим – дыбыстан жоғары жылдамдық режимінің бір бөлігі. Гипердыбыстық ағын соққы толқынының артындағы жоғары температуралық ағынмен, тұтқырлықтың өзара әрекеттесуімен және газдың химиялық диссоциациясымен сипатталады.
Терминдер
Сығымдауға болмайтын және сығымдалатын ағын түрлері шекаралық қабаттар және турбуленттілік сияқты көптеген қосымша құбылыстарға әкеледі.
Шекаралық қабаттар
Шекаралық қабат тұжырымы аэродинамиканың көптеген мәселелерінде маңызды. Ауаның тұтқырлығы мен сұйықтық үйкелісі тек осы жұқа қабатта ғана маңызды деп жуықталады. Бұл шарттылық мұндай аэродинамиканы математикалық жағынан қарастыруды әлдеқайда жеңілдетеді.
Турбуленттілік
Аэродинамикада турбуленттілік ағындағы хаотикалық өзгерістермен сипатталады. Оларға төмен импульс таралуы, жоғары импульс конвекциясы және кеңістік пен уақыт бойынша қысым мен ағын жылдамдығының күрт өзгеруі кіреді. Турбулентті емес ағын ламинарлы ағын деп аталады.
Инженерлік жобалау
Аэродинамика – көлік құралдарын жобалаудың маңызды бөлігі, соның ішінде жол көліктері мен жүк машиналарындағы басты мақсат – көліктің кедергі коэффициентін азайту, ал жарыс машиналарын жобалауда кедергіні азайтумен қатар, жалпы төмен күшін арттыру да көзделеді. Аэродинамика желкенді кемелерге әсер ететін күштер мен моменттерді болжауда да маңызды рөл атқарады. Ол қатты дискінің бастары сияқты механикалық компоненттерді жобалауда қолданылады. Құрылыс инженерлері ірі ғимараттар, көпірлер және жел турбиналарын жобалау кезінде жел жүктемесін есептеу үшін аэродинамикаға, әсіресе аэроэластикаға жүгінеді. Жылыту/желдету жүйелері, газ құбырлары және автомобиль қозғалтқыштарындағы ішкі каналдардың аэродинамикасы да маңызды, себебі ағынның егжей-тегжейлі үлгілері қозғалтқыштың жұмысына үлкен әсер етеді.
Экологиялық жобалау
Қалалық аэродинамика қала жоспаршылары мен дизайнерлердің ашық кеңістіктердегі жайлылықты арттыру немесе қалалық ластанудың зиянын азайту үшін қалалық микроклимат құру мақсатымен зерттейтін саласы болып табылады. Қоршаған ортаның аэродинамикасы атмосфералық айналымның және ұшу механикасының экожүйелерге тигізетін әсерін қарастырады. Аэродинамикалық теңдеулер сандық ауа-райы болжамында қолданылады.
Спортта допты басқару
Аэродинамика маңызды роль атқаратын спорт түрлеріне футбол, үстел теннисі, крикет, бейсбол және гольф жатады, оларда көптеген ойыншылар доптың қозғалыс бағытын "Магнус эффектісі" арқылы бақылай алады.