อากาศพลศาสตร์

อากาศพลศาสตร์ (อังกฤษ: Aerodynamics) มาจากภาษากรีก ἀήρ Aer (อากาศ) + δυναμική (itself from-ตัวของมันเองมาจาก) δύναμις dynamis (force ; specially, miraculous power), (แรง ; เป็นพิเศษ, มีอำนาจน่าอัศจรรย์), เป็นสาขาของวิชาพลศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาการเคลื่อนที่ของอากาศ, โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุที่เป็นของแข็ง อากาศพลศาสตร์เป็นหน่วยย่อยของพลศาสตร์ของไหลและพลศาสตร์ก๊าซ, ด้วยทฤษฎีที่ใช้ร่วมกันอย่างมากมายระหว่างกัน อากาศพลศาสตร์มักจะใช้คำที่มีความหมายเหมือนกันกับพลศาสตร์ก๊าซด้วยความแตกต่างที่ว่าพลศาสตร์ก๊าซสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้กับก๊าซทั้งหมด, ไม่จำกัดเฉพาะกับอากาศ
การศึกษาอากาศพลศาสตร์อย่างเป็นทางการในแนวทางแห่งยุคสมัยใหม่เริ่มต้นขึ้นในศตวรรษที่สิบแปด แม้ว่าการสังเกตแนวคิดพื้นฐานเช่นการฉุดลากทางอากาศพลศาสตร์ (aerodynamic drag) จะได้รับการจดบันทึกกันมากมาก่อนหน้านี้ ในที่สุดของความพยายามในช่วงยุคต้น ๆ ของงานที่เกี่ยวข้องกับทางด้านอากาศพลศาสตร์ทำให้สามารถบรรลุผลของการบินของอากาศยานที่หนักกว่าอากาศซึ่งได้รับการแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกโดยวิลเบอร์และออร์วิลไรท์ (Wilbur and Orville Wright) ในปี 1903 ตั้งแต่นั้นมาการใช้อากาศพลศาสตร์ผ่านการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์, การประมาณค่าจากการสังเกตทางการทดลอง, การทดลองในอุโมงค์ลม, และการจำลองสถานการณ์ด้วยคอมพิวเตอร์ได้กลายมาเป็นพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องในการศึกษาทางด้านการบินของอากาศยานที่หนักกว่าอากาศและจำนวนของเทคโนโลยีอื่น ๆ งานล่าสุดเมื่อไม่นานมานี้ในวิชาอากาศพลศาสตร์ได้มุ่งเน้นในประเด็นที่เกี่ยวข้องกับการไหลแบบอัดตัว (compressible flow), ความปั่นป่วน (turbulence) และชั้นขอบ (boundary layers) และได้กลายมาเป็นเชิงทางด้านการคำนวณ (computational) เกี่ยวข้องกับธรรมชาติมากขึ้นเรื่อย ๆ

ภาพรวม

การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอากาศ (มักเรียกว่าสนามการไหล) รอบวัตถุช่วยในการคำนวณเกี่ยวกับแรงและช่วงเวลาที่กระทำต่อวัตถุ คุณสมบัติโดยทั่วไปในการคำนวณสำหรับสนามการไหลประกอบด้วยความเร็ว, ความดัน, ความหนาแน่น และ อุณหภูมิ เป็นฟังก์ชันของตำแหน่งเชิงพื้นที่และเวลา

ประวัติ

วิชาอากาศพลศาสตร์สมัยใหม่ไม่ได้แต่เพียงแค่ย้อนเวลากลับไปในช่วงประมาณศตวรรษที่สิบเจ็ดเท่านั้น แต่แรงทางอากาศพลศาสตร์นั้นได้ถูกควบคุมโดยมนุษย์มานับเป็นเวลาพัน ๆ ปี โดยใช้ในเรือใบและกังหันลม, และภาพและเรื่องราวได้ปรากฏมีบันทึกอยู่มาโดยตลอดในประวัติศาสตร์ของการบิน, เช่นตำนานของอิคะเริส (Icarus) และ เดดะเลิส (Daedalus) แห่งยุคกรีกโบราณ (Ancient Greek)  แนวคิดพื้นฐานของความต่อเนื่อง (continuum), แรงฉุด (drag), และเกรเดียนท์ของความดัน (pressure gradient),มีปรากฏอยู่ในงานของอาริสโตเติลและอาร์คิมิดิส 
ในปี ค.ศ. 1726, เซอร์ ไอแซก นิวตัน (Sir Isaac Newton) กลายเป็นบุคคลคนแรกในการพัฒนาทฤษฎีของแรงต้านของอากาศ (air resistance),  ทำให้เขาเป็นนักอากาศพลศาสตร์ (aerodynamicists) คนแรกในประวัติศาสตร์ ต่อมาในปี ค.ศ. 1738 นักคณิตศาสตร์ชาว ดัตช์-สวิส ชื่อ แดเนียล แบร์นูลลี (Daniel Bernoulli) กับคัมภีร์ที่มีชื่อว่า Hydrodynamica, ที่เขาได้อธิบายถึงความสัมพันธ์ขั้นพื้นฐานระหว่างความดัน, ความหนาแน่น, และ ความเร็วของการไหล สำหรับการไหลแบบไม่อัดตัว (incompressible flow)  ได้กลายเป็นที่รู้จักกันของผู้คนในทุกวันนี้ว่าเป็น หลักของแบร์นูลลี (Bernoulli's principle)  ซึ่งเป็นวิธีการในการคำนวณวิธีหนึ่งสำหรับการคำนวณทางด้านอากาศพลศาสตร์ของแรงยก (aerodynamic lift)  ในปี ค.ศ. 1757 เลออนฮาร์ด ออยเลอร์ได้ตีพิมพ์สมการออยเลอร์แบบที่ทั่วไปมากขึ้นซึ่งอาจจะนำไปใช้ได้กับทั้งการไหลของของไหลแบบที่บีบอัดตัวได้และการไหลแบบที่บีบอัดตัวไม่ได้ สมการออยเลอร์ได้ถูกขยายไปสู่การรวมผลกระทบของความหนืดเข้าไว้ด้วยในช่วงครึ่งแรกของปี 1800, ส่งผลให้เกิดเป็นสมการนาเวียร์-สโตกส์ (Navier-Stokes equations)  สมการนาเวียร์-สโตกส์ เป็นสมการที่ใช้กันทั่วไปในการไหลของของไหล แต่เป็นเรื่องยากที่จะแก้ปัญหาสำหรับการไหลแบบไหลเวียนรอบ ๆ แต่เป็นรูปทรงที่เรียบง่ายที่สุด