वायुगतिकी: Difference between revisions

Latest revision as of 21:33, 24 August 2022

1990 में वालोप्स द्वीप में नासा वेक टर्बुलेंस विवेचन। एक विमान विंग के पारित होने से एक भंवर बनाया गया है, जो धुएं से पता चला है।Vortices वायुगतिकी के विवेचन से जुड़ी कई घटनाओं में से एक है।

वायुगतिकी (Aerodynamics), Ancient Greek: ἀήρ से एयरो (वायु) + Ancient Greek: δυναμική (गतिशीलता), हवा की गति का विवेचन है, विशेषत: जब वह एक ठोस वस्तु से प्रभावित होता है, जैसे कि हवाई जहाज का पंख। इसमें द्रव गतिकी के क्षेत्र और गैस गतिकी इसके उपक्षेत्र में सम्मिलित विषय हैं। वायुगतिकी शब्द का प्रयोग प्रायः गैस गतिकी के पर्यायवाची रूप में भी किया जाता है, अंतर यह है कि "गैस गतिकी" सभी गैसों की गति के विवेचन पर होता है, और यह हवा तक सीमित नहीं है। वायुगतिकी का औपचारिक विवेचन आधुनिक अर्थों में अठारहवीं शताब्दी में शुरू हुआ, हालांकि मौलिक अवधारणाओं जैसे कि वायुगतिकीय ड्रैग के अवलोकन बहुत पहले दर्ज किए गए थे। वायुगतिकी में अधिकांश शुरुआती प्रयास हवा से भारी उड़ान प्राप्त करने की ओर निर्देशित थे, जिसे पहली बार 1891 में ओटो लिलिएनथल द्वारा प्रदर्शित किया गया था।^[1] तभी से, गणितीय विश्लेषण, अनुभवजन्य सन्निकटन, पवन सुरंग प्रयोग और कंप्यूटर सिमुलेशन के माध्यम से वायुगतिकी के उपयोग ने भारी-से-हवा की उड़ान और कई अन्य तकनीकों के विकास के लिए एक तर्कसंगत आधार बनाया है। वायुगतिकी में हाल के काम ने संपीड़ित प्रवाह, अशांति और सीमा परतों से संबंधित मुद्दों पर ध्यान केंद्रित किया है और प्रकृति में तेजी से कम्प्यूटेशनल हो गया है।

इतिहास

आधुनिक वायुगतिकी केवल सत्रहवीं शताब्दी की है, लेकिन वायुगतिकीय बलों का उपयोग मनुष्यों द्वारा हजारों वर्षों से सेलबोट्स और पवन चक्कियों में किया गया है, ^[2] और उड़ान की छवियां और कहानियां पूरे रिकॉर्ड किए गए इतिहास में दिखाई देती हैं, ^[3] जैसे कि प्राचीन ग्रीक किंवदंती इकारस और डेडलस की। ^[4] अरस्तू और आर्किमिडीज के काम में सातत्य, खींचें और दबाव ढाल की मौलिक अवधारणाएं दिखाई देती हैं। ^[5]

सर आइजैक न्यूटन ने 1726 में वायु प्रतिरोध के सिद्धांत को विकसित करने वाले पहले व्यक्ति बने, ^[6] जिसने उन्हें पहले वायुगतिकीविदों में से एक बना दिया। डच - स्विस गणितज्ञ डैनियल बर्नौली ने 1738 में हाइड्रोडायनामिका के साथ अनुसरण किया जिसमें उन्होंने दबाव, घनत्व और प्रवाह वेग के बीच एक मूलभूत संबंध का वर्णन किया, जिसे आज बर्नौली के सिद्धांत के रूप में जाना जाता है, जो कि वायुगतिकीय लिफ्ट की गणना के लिए एक विधि प्रदान करता है। ^[7] 1757 में, लियोनहार्ड यूलर ने अधिक सामान्य यूलर समीकरणों को प्रकाशित किया जो कि संपीड़ित और असंपीड़ित दोनों प्रवाहों पर लागू किया जा सकता था। 1800 के दशक की पहली छमाही में चिपचिपाहट के प्रभावों को शामिल करने के लिए यूलर समीकरणों का विस्तार किया गया, जिसके परिणामस्वरूप नेवियर-स्टोक्स समीकरण बने। ^[8] ^[9] नेवियर-स्टोक्स समीकरण द्रव प्रवाह के सबसे सामान्य शासी समीकरण हैं, लेकिन सभी के लिए प्रवाह के लिए हल करना मुश्किल है लेकिन आकार का सबसे सरल है।

राइट ब्रदर्स की पवन सुरंग की एक प्रतिकृति वर्जीनिया एयर एंड स्पेस सेंटर में प्रदर्शित है।पवन सुरंगें वायुगतिकी के नियमों के विकास और सत्यापन में महत्वपूर्ण थीं।

1799 में, सर जॉर्ज केली उड़ान के चार वायुगतिकीय बलों ( वजन, लिफ्ट, ड्रैग, और थ्रस्ट ) की पहचान करने वाले पहले व्यक्ति बने, साथ ही साथ उनके बीच संबंध, ^[10] ^[11] और ऐसा करने से अगली शताब्दी के लिए हवा से भारी उड़ान प्राप्त करने की दिशा में मार्ग की रूपरेखा तैयार की गई। 1871 में, फ्रांसिस हर्बर्ट वेनहम ने पहली पवन सुरंग का निर्माण किया, जिससे वायुगतिकीय बलों के सटीक माप की अनुमति मिली। ड्रैग थ्योरी को जीन ले रोंड डी'अलेम्बर्ट, ^[12] गुस्ताव किरचॉफ, ^[13] और लॉर्ड रेले द्वारा विकसित किया गया था। ^[14] 1889 में, एक फ्रांसीसी वैमानिकी इंजीनियर, चार्ल्स रेनार्ड, निरंतर उड़ान के लिए आवश्यक शक्ति का यथोचित अनुमान लगाने वाले पहले व्यक्ति बने। ^[15] ओटो लिलिएनथल, ग्लाइडर उड़ानों के साथ अत्यधिक सफल होने वाले पहले व्यक्ति, पतली, घुमावदार एयरफोइल्स का प्रस्ताव करने वाले पहले व्यक्ति थे जो उच्च लिफ्ट और कम ड्रैग का उत्पादन करेंगे। इन विकासों के साथ-साथ अपनी स्वयं की पवन सुरंग में किए गए शोध के आधार पर, राइट बंधुओं ने 17 दिसंबर, 1903 को पहला संचालित हवाई जहाज उड़ाया था।

पहली उड़ानों के दौरान, फ्रेडरिक, लैंचेस्टर, ^[16] मार्टिन कुट्टा, और मार्टिन कुट्टा और निकोलाई ज़ुकोवस्की ने स्वतंत्र रूप से द्रव प्रवाह को उठाने की गति को जोड़ने वाले सिद्धांत तैयार किया। कुट्टा और ज़ुकोवस्की ने द्वि-आयामी विंग सिद्धांत विकसित किया। लैंचेस्टर के काम का विस्तार करते हुए, लुडविग प्रांड्टल को थिन-एयरफ़ॉइल और लिफ्टिंग-लाइन सिद्धांतों के साथ-साथ सीमा परतों के साथ काम करने के लिए गणित ^[17] को विकसित करने का श्रेय दिया जाता है।

जैसे-जैसे विमान की गति में वृद्धि हुई, डिजाइनरों को ध्वनि की गति के निकट गति पर वायु संपीड्यता से जुड़ी चुनौतियों का सामना करना पड़ा। ऐसी परिस्थितियों में वायु प्रवाह में अंतर से विमान नियंत्रण में समस्याएँ आती हैं, शॉक वेव्स के कारण ड्रैग में वृद्धि होती है, और एयरोइलास्टिक स्पंदन के कारण संरचनात्मक विफलता का खतरा होता है। ध्वनि की गति के लिए प्रवाह की गति के अनुपात को अर्न्स्ट मच के नाम पर मच संख्या का नाम दिया गया था, जो सुपरसोनिक प्रवाह के गुणों की जांच करने वाले पहले लोगों में से एक थे। मैकक्वार्न रैंकिन और पियरे हेनरी ह्यूगोनियोट ने स्वतंत्र रूप से शॉक वेव से पहले और बाद में प्रवाह गुणों के सिद्धांत को विकसित किया, जबकि जैकब एकरेट ने सुपरसोनिक एयरफोइल्स के लिफ्ट और ड्रैग की गणना के प्रारंभिक कार्य का नेतृत्व किया। ^[18] थियोडोर वॉन कार्मन और ह्यूग लैटिमर ड्राइडन ने महत्वपूर्ण मच संख्या और मच 1 के बीच प्रवाह की गति का वर्णन करने के लिए ट्रांसोनिक शब्द की शुरुआत की, जहां ड्रैग तेजी से बढ़ता है। ड्रैग में इस तीव्र वृद्धि ने वायुगतिकीविदों और एविएटर्स को इस बात से असहमत होने के लिए प्रेरित किया कि क्या सुपरसोनिक उड़ान 1947 में बेल एक्स -1 विमान का उपयोग करके ध्वनि अवरोध को तोड़ने तक प्राप्त करने योग्य थी।

जब तक ध्वनि अवरोध को तोड़ा गया, तब तक वायुगतिकीविदों की सबसोनिक और कम सुपरसोनिक प्रवाह की समझ परिपक्व हो चुकी थी। शीत युद्ध ने उच्च प्रदर्शन वाले विमानों की एक सतत विकसित लाइन के डिजाइन को प्रेरित किया। कम्प्यूटेशनल तरल गतिकी जटिल वस्तुओं के आसपास प्रवाह गुणों को हल करने के प्रयास के रूप में शुरू हुई और तेजी से उस बिंदु तक बढ़ी है जहां कंप्यूटर सॉफ्टवेयर का उपयोग करके पूरे विमान को डिजाइन किया जा सकता है, कंप्यूटर भविष्यवाणियों की पुष्टि के लिए उड़ान परीक्षण के बाद पवन-सुरंग परीक्षण के साथ। सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक वायुगतिकी की समझ 1960 के दशक से परिपक्व हुई है, और वायुगतिकीविदों के लक्ष्य द्रव प्रवाह के व्यवहार से वाहन की इंजीनियरिंग में स्थानांतरित हो गए हैं, जैसे कि यह द्रव प्रवाह के साथ अनुमानित रूप से बातचीत करता है। सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक स्थितियों के लिए विमान डिजाइन करना, साथ ही वर्तमान विमान और प्रणोदन प्रणाली की वायुगतिकीय दक्षता में सुधार करने की इच्छा, वायुगतिकी में नए शोध को प्रेरित करना जारी रखती है, जबकि प्रवाह अशांति से संबंधित बुनियादी वायुगतिकीय सिद्धांत में महत्वपूर्ण समस्याओं पर काम करती है। सतत और नेवियर-स्टोक्स समीकरणों के विश्लेषणात्मक समाधानों का अस्तित्व और विशिष्टता है

मौलिक सिद्धांत

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अस्वीकार्य स्तर की उड़ान में एक संचालित विमान पर उड़ान के बल

किसी वस्तु के चारों ओर हवा की गति को समझना (जिसे अक्सर प्रवाह क्षेत्र कहा जाता है) वस्तु पर कार्य करने वाले बलों और क्षणों की गणना को सक्षम बनाता है। वायुगतिकी कई समस्याओं में, बल की रुचि ही उड़ान की मूलभूत शक्तियाँ हैं: लिफ्ट, ड्रैग, थ्रस्ट और वजन।इनमें से लिफ्ट और ड्रैग वायुगतिकीय बल हैं, यानी ठोस संरचना पर वायु प्रवाह के कारण बल है। इन मात्राओं की गणना अक्सर इस धारणा पर आधारित होती है कि प्रवाह क्षेत्र सातत्य के रूप में व्यवहार करता है। सातत्य प्रवाह क्षेत्रों को प्रवाह वेग, दबाव, घनत्व और तापमान जैसे गुणों की विशेषता होती है, जो स्थिति और समय के कार्य हो सकते हैं। इन गुणों को वायुगतिकी प्रयोगों में प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से मापा जा सकता है या वायु प्रवाह में द्रव्यमान, संवेग और ऊर्जा के संरक्षण के लिए समीकरणों से शुरू करके गणना की जा सकती है। घनत्व, प्रवाह वेग, और एक अतिरिक्त संपत्ति, चिपचिपापन, प्रवाह क्षेत्रों को वर्गीकृत करने के लिए उपयोग किया जाता है।

प्रवाह वर्गीकरण

प्रवाह वेग का उपयोग गति शासन के अनुसार प्रवाहों को वर्गीकृत करने के लिए किया जाता है। सबसोनिक प्रवाह प्रवाह क्षेत्र हैं जिनमें वायु गति क्षेत्र हमेशा ध्वनि की स्थानीय गति से नीचे होता है। ट्रांसोनिक प्रवाह में सबसोनिक प्रवाह के दोनों क्षेत्र और ऐसे क्षेत्र शामिल हैं जिनमें स्थानीय प्रवाह की गति ध्वनि की स्थानीय गति से अधिक होती है। सुपरसोनिक प्रवाह को ऐसे प्रवाह के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसमें प्रवाह की गति हर जगह ध्वनि की गति से अधिक होती है। एक चौथा वर्गीकरण, हाइपरसोनिक प्रवाह, उन प्रवाहों को संदर्भित करता है जहां प्रवाह की गति ध्वनि की गति से बहुत अधिक होती है। वायुगतिकीविद हाइपरसोनिक प्रवाह की सटीक परिभाषा पर असहमत हैं।

संपीड़ित प्रवाह (Compressible flow) प्रवाह के भीतर अलग-अलग घनत्व के लिए उत्तरदायी है। सबसोनिक प्रवाह को अक्सर असंपीड्य के रूप में आदर्शित किया जाता है, अर्थात घनत्व को स्थिर माना जाता है। ट्रांसोनिक और सुपरसोनिक प्रवाह संकुचित होते हैं, और इन प्रवाह क्षेत्रों में घनत्व के परिवर्तनों की उपेक्षा करने वाली गणना गलत परिणाम देगी।

श्यानताएक (Viscosity) प्रवाह में घर्षण बलों से जुड़ी होती है। कुछ प्रवाह क्षेत्रों में, चिपचिपा प्रभाव बहुत छोटा होता है, और अनुमानित समाधान चिपचिपा प्रभावों की सुरक्षित रूप से उपेक्षा कर सकते हैं। इन अनुमानों को अदृश्य प्रवाह कहा जाता है। वे प्रवाह जिनके लिए श्यानता की उपेक्षा नहीं की जाती है, श्यान प्रवाह कहलाते हैं। अंत में, वायुगतिकीय समस्याओं को प्रवाह पर्यावरण द्वारा भी वर्गीकृत किया जा सकता है। बाहरी वायुगतिकी विभिन्न आकृतियों (जैसे एक हवाई जहाज के पंख के आसपास) की ठोस वस्तुओं के प्रवाह का अध्ययन है, जबकि आंतरिक वायुगतिकी ठोस वस्तुओं (जैसे जेट इंजन के माध्यम से) के माध्यम से प्रवाह का अध्ययन है।

निरंतरता धारणा

तरल और ठोस के विपरीत, गैसें असतत अणुओं से बनी होती हैं जो गैस द्वारा भरे गए आयतन के केवल एक छोटे से हिस्से पर कब्जा कर लेती हैं। आणविक स्तर पर, प्रवाह क्षेत्र कई गैस अणुओं के आपस में और ठोस सतहों के बीच टकराव से बने होते हैं। हालांकि, अधिकांश वायुगतिकी अनुप्रयोगों में, गैसों की असतत आणविक प्रकृति को नजरअंदाज कर दिया जाता है, और प्रवाह क्षेत्र को सातत्य के रूप में व्यवहार करने के लिए माना जाता है। यह धारणा द्रव गुणों जैसे घनत्व और प्रवाह वेग को प्रवाह के भीतर हर जगह परिभाषित करने की अनुमति देती है।

सातत्य धारणा की वैधता गैस के घनत्व और विचाराधीन अनुप्रयोग पर निर्भर है। सातत्य धारणा के मान्य होने के लिए, औसत मुक्त पथ की लंबाई प्रश्न में आवेदन के लंबाई पैमाने से बहुत कम होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, कई वायुगतिकी अनुप्रयोग वायुमंडलीय परिस्थितियों में उड़ान भरने वाले विमानों से निपटते हैं, जहां औसत मुक्त पथ की लंबाई माइक्रोमीटर के क्रम पर होती है और जहां शरीर बड़े परिमाण के आदेश होते हैं। इन मामलों में, विमान की लंबाई का पैमाना कुछ मीटर से लेकर कुछ दसियों मीटर तक होता है, जो कि औसत मुक्त पथ की लंबाई से बहुत बड़ा होता है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए, सातत्य धारणा उचित है। बहुत कम घनत्व वाले प्रवाह के लिए सातत्य धारणा कम मान्य है, जैसे कि बहुत अधिक ऊंचाई पर वाहनों द्वारा सामना किया जाता है (उदाहरण के लिए 300,000) फुट/90 किमी) ^[19] या पृथ्वी की निचली कक्षा में उपग्रह। उन मामलों में, सांख्यिकीय यांत्रिकी निरंतर वायुगतिकी की तुलना में समस्या को हल करने का एक अधिक सटीक तरीका है। Knudsen संख्या का उपयोग सांख्यिकीय यांत्रिकी और वायुगतिकी के निरंतर निर्माण के बीच चुनाव को निर्देशित करने के लिए किया जा सकता है।

संरक्षण कानून

द्रव सातत्य की धारणा द्रव गतिकी संरक्षण कानूनों का उपयोग करके वायुगतिकी में समस्याओं को हल करने की अनुमति देती है। तीन संरक्षण सिद्धांतों का उपयोग किया जाता है:

संरक्षण का मास द्रव्यमान के संरक्षण के लिए आवश्यक है कि द्रव्यमान प्रवाह के भीतर न तो निर्मित हो और न ही नष्ट हो; इस सिद्धांत के गणितीय सूत्रीकरण को द्रव्यमान निरंतरता समीकरण के रूप में जाना जाता है। गति का संरक्षण इस सिद्धांत के गणितीय सूत्रीकरण को न्यूटन के द्वितीय नियम का अनुप्रयोग माना जा सकता है। एक प्रवाह के भीतर गति केवल बाहरी बलों द्वारा बदली जाती है, जिसमें दोनों सतह बल शामिल हो सकते हैं, जैसे चिपचिपा ( घर्षण ) बल, और शरीर बल, जैसे वजन । संवेग संरक्षण सिद्धांत को या तो एक सदिश समीकरण के रूप में व्यक्त किया जा सकता है या तीन अदिश समीकरणों (x, y, z घटकों) के एक सेट में विभाजित किया जा सकता है। ऊर्जा संरक्षण ऊर्जा संरक्षण समीकरण में कहा गया है कि ऊर्जा प्रवाह के भीतर न तो बनाई जाती है और न ही नष्ट होती है, और प्रवाह में किसी मात्रा में ऊर्जा का कोई जोड़ या घटाव गर्मी हस्तांतरण, या ब्याज के क्षेत्र में और बाहर काम के कारण होता है।

साथ में, इन समीकरणों को नेवियर-स्टोक्स समीकरण के रूप में जाना जाता है, हालांकि कुछ लेखक इस शब्द को केवल गति समीकरण (ओं) को शामिल करने के लिए परिभाषित करते हैं। नेवियर-स्टोक्स समीकरणों का कोई ज्ञात विश्लेषणात्मक समाधान नहीं है और कम्प्यूटेशनल तकनीकों का उपयोग करके आधुनिक वायुगतिकी में हल किया जाता है। चूंकि उच्च गति वाले कंप्यूटरों का उपयोग करने वाली कम्प्यूटेशनल विधियां ऐतिहासिक रूप से उपलब्ध नहीं थीं और इन जटिल समीकरणों को हल करने की उच्च कम्प्यूटेशनल लागत अब उपलब्ध हैं, नेवियर-स्टोक्स समीकरणों के सरलीकरण को नियोजित किया गया है और जारी रखा गया है। यूलर समीकरण समान संरक्षण समीकरणों का एक समूह है जो चिपचिपाहट की उपेक्षा करता है और उन मामलों में उपयोग किया जा सकता है जहां चिपचिपाहट का प्रभाव छोटा होने की उम्मीद है। आगे के सरलीकरण लाप्लास के समीकरण और संभावित प्रवाह सिद्धांत की ओर ले जाते हैं। इसके अतिरिक्त, बर्नौली का समीकरण गति और ऊर्जा संरक्षण समीकरण दोनों के लिए एक आयाम में एक समाधान है।

आदर्श गैस कानून या राज्य का ऐसा अन्य समीकरण अक्सर इन समीकरणों के संयोजन के साथ एक निर्धारित प्रणाली बनाने के लिए उपयोग किया जाता है जो अज्ञात चर के समाधान की अनुमति देता है। ^[20]

वायुगतिकी की शाखाएँ

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कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग

वायुगतिकीय समस्याओं को प्रवाह वातावरण या प्रवाह के गुणों द्वारा वर्गीकृत किया जाता है, जिसमें प्रवाह गति, संपीड्यता और चिपचिपाहट शामिल है। बाहरी वायुगतिकी विभिन्न आकृतियों की ठोस वस्तुओं के चारों ओर प्रवाह का अध्ययन है। एक हवाई जहाज पर लिफ्ट और ड्रैग का मूल्यांकन या रॉकेट की नाक के सामने बनने वाली शॉक वेव्स बाहरी वायुगतिकी के उदाहरण हैं। आंतरिक वायुगतिकी ठोस वस्तुओं में मार्ग के माध्यम से प्रवाह का अध्ययन है। उदाहरण के लिए, आंतरिक वायुगतिकी में जेट इंजन या एयर कंडीशनिंग पाइप के माध्यम से वायु प्रवाह का अध्ययन शामिल है।

वायुगतिकीय समस्याओं को इस आधार पर भी वर्गीकृत किया जा सकता है कि प्रवाह की गति ध्वनि की गति से कम, निकट या अधिक है। एक समस्या को सबसोनिक कहा जाता है यदि समस्या में सभी गति ध्वनि की गति से कम है, ट्रांसोनिक यदि ध्वनि की गति से नीचे और ऊपर दोनों गति मौजूद हैं (आमतौर पर जब विशेषता गति लगभग ध्वनि की गति होती है), सुपरसोनिक जब विशेषता प्रवाह की गति ध्वनि की गति से अधिक होती है, और हाइपरसोनिक जब प्रवाह की गति ध्वनि की गति से बहुत अधिक होती है। वायुगतिकीविद हाइपरसोनिक प्रवाह की सटीक परिभाषा पर असहमत हैं; एक खुरदरी परिभाषा 5 से ऊपर मच संख्या वाले प्रवाह को हाइपरसोनिक मानती है। ^[21]

प्रवाह पर चिपचिपाहट का प्रभाव तीसरे वर्गीकरण को निर्धारित करता है। कुछ समस्याएं केवल बहुत छोटे चिपचिपा प्रभाव का सामना कर सकती हैं, ऐसे में चिपचिपाहट को नगण्य माना जा सकता है। इन समस्याओं के सन्निकटन को अदृश्य प्रवाह कहा जाता है। ऐसे प्रवाह जिनके लिए श्यानता की उपेक्षा नहीं की जा सकती, श्यानता प्रवाह कहलाते हैं।

असंपीड्य (Incompressible) वायुगतिकी

एक असंपीड्य प्रवाह एक प्रवाह है जिसमें घनत्व समय और स्थान दोनों में स्थिर रहता है। हालांकि सभी वास्तविक तरल पदार्थ संपीड़ित होते हैं, एक प्रवाह को अक्सर असंपीड्य के रूप में अनुमानित किया जाता है यदि घनत्व परिवर्तन के प्रभाव परिकलित परिणामों में केवल छोटे परिवर्तन होते हैं। यह सच होने की अधिक संभावना है जब प्रवाह की गति ध्वनि की गति से काफी कम होती है। संपीड्यता के प्रभाव ध्वनि की गति के करीब या उससे अधिक गति पर अधिक महत्वपूर्ण होते हैं। मच संख्या का उपयोग यह मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है कि क्या असंपीड़नीयता को ग्रहण किया जा सकता है, अन्यथा संपीड़ितता के प्रभावों को शामिल किया जाना चाहिए।

सबसोनिक प्रवाह

सबसोनिक (या कम गति) वायुगतिकी प्रवाह में द्रव गति का वर्णन करती है जो प्रवाह में हर जगह ध्वनि की गति से बहुत कम होती है। सबसोनिक प्रवाह की कई शाखाएँ होती हैं लेकिन एक विशेष मामला तब उत्पन्न होता है जब प्रवाह अस्पष्ट, असंपीड्य और इरोटेशनल होता है । इस मामले को संभावित प्रवाह कहा जाता है और अंतर समीकरणों की अनुमति देता है जो प्रवाह का वर्णन द्रव गतिकी के समीकरणों का एक सरलीकृत संस्करण होने के लिए करते हैं, इस प्रकार वायुगतिकीय को त्वरित और आसान समाधानों की एक श्रृंखला उपलब्ध कराते हैं। ^[22]

एक सबसोनिक समस्या को हल करने में, वायुगतिकीविद् द्वारा किया जाने वाला एक निर्णय यह है कि क्या संपीड्यता के प्रभावों को शामिल किया जाए। संपीड्यता प्रवाह में घनत्व के परिवर्तन की मात्रा का विवरण है। जब विलयन पर संपीड्यता का प्रभाव छोटा होता है, तो यह धारणा बनाई जा सकती है कि घनत्व स्थिर है। समस्या तब एक असम्पीडित कम गति वाली वायुगतिकी समस्या है। जब घनत्व को अलग-अलग होने दिया जाता है, तो प्रवाह को संपीड़ित कहा जाता है। हवा में, जब प्रवाह में मच संख्या 0.3 (लगभग 335 फीट (102) मी) प्रति सेकंड या 228 मील (366 .) किमी) प्रति घंटा 60 . पर डिग्री फ़ारेनहाइट (16 डिग्री सेल्सियस))। मच 0.3 से ऊपर, संपीड़ित वायुगतिकी का उपयोग करके समस्या प्रवाह का वर्णन किया जाना चाहिए।

संपीड़ित वायुगतिकी

वायुगतिकी के सिद्धांत के अनुसार, एक प्रवाह को संकुचित माना जाता है यदि घनत्व एक धारा के साथ बदलता है। इसका मतलब है कि - असंपीड़ित प्रवाह के विपरीत - घनत्व में परिवर्तन पर विचार किया जाता है। सामान्य तौर पर, यह वह मामला है जहां मच संख्या भाग में या सभी प्रवाह 0.3 से अधिक है। मच 0.3 मान मनमाना है, लेकिन इसका उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि उस मान से नीचे मच संख्या के साथ गैस प्रवाहित होती है जो 5% से कम के घनत्व में परिवर्तन प्रदर्शित करती है। इसके अलावा, अधिकतम 5% घनत्व परिवर्तन ठहराव बिंदु पर होता है (वस्तु पर वह बिंदु जहां प्रवाह की गति शून्य होती है), जबकि शेष वस्तु के आसपास घनत्व में परिवर्तन काफी कम होगा। ट्रांसोनिक, सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक प्रवाह सभी संपीड़ित प्रवाह हैं।

ट्रांसोनिक प्रवाह

ट्रांसोनिक शब्द ध्वनि की स्थानीय गति के ठीक नीचे और ऊपर प्रवाह वेग की एक सीमा को संदर्भित करता है (आमतौर पर मच 0.8-1.2 के रूप में लिया जाता है)। इसे महत्वपूर्ण मच संख्या के बीच गति की सीमा के रूप में परिभाषित किया जाता है, जब एक विमान पर एयरफ्लो के कुछ हिस्से सुपरसोनिक हो जाते हैं, और एक उच्च गति, आमतौर पर मच 1.2 के पास, जब सभी एयरफ्लो सुपरसोनिक होते हैं। इन गतियों के बीच, कुछ वायु प्रवाह सुपरसोनिक है, जबकि कुछ वायु प्रवाह सुपरसोनिक नहीं है।

सुपरसोनिक प्रवाह

सुपरसोनिक वायुगतिकीय समस्याएं वे हैं जिनमें ध्वनि की गति से अधिक प्रवाह गति शामिल होती है। क्रूज के दौरान कॉनकॉर्ड पर लिफ्ट की गणना करना एक सुपरसोनिक वायुगतिकीय समस्या का एक उदाहरण हो सकता है।

सुपरसोनिक प्रवाह सबसोनिक प्रवाह से बहुत अलग तरीके से व्यवहार करता है। तरल पदार्थ दबाव में अंतर पर प्रतिक्रिया करते हैं; दबाव परिवर्तन यह है कि कैसे एक तरल पदार्थ को उसके पर्यावरण पर प्रतिक्रिया करने के लिए "बताया" जाता है। इसलिए, चूंकि ध्वनि, वास्तव में, एक तरल पदार्थ के माध्यम से फैलने वाला एक असीम दबाव अंतर है, उस तरल पदार्थ में ध्वनि की गति को सबसे तेज गति माना जा सकता है कि "सूचना" प्रवाह में यात्रा कर सकती है। यह अंतर सबसे स्पष्ट रूप से किसी वस्तु से तरल पदार्थ के टकराने की स्थिति में प्रकट होता है। उस वस्तु के सामने, द्रव एक ठहराव दबाव बनाता है क्योंकि वस्तु के साथ प्रभाव गतिमान द्रव को आराम करने के लिए लाता है। सबसोनिक गति से यात्रा करने वाले द्रव में, यह दबाव अशांति ऊपर की ओर फैल सकती है, वस्तु के आगे प्रवाह पैटर्न को बदल सकती है और यह धारणा दे सकती है कि द्रव "जानता है" वस्तु अपने आंदोलन को समायोजित करके प्रतीत होता है और इसके चारों ओर बह रहा है। सुपरसोनिक प्रवाह में, हालांकि, दबाव की गड़बड़ी ऊपर की ओर नहीं फैल सकती है। इस प्रकार, जब द्रव अंत में वस्तु तक पहुँचता है तो वह उस पर प्रहार करता है और द्रव को अपने गुणों - तापमान, घनत्व, दबाव और मच संख्या को बदलने के लिए मजबूर किया जाता है - एक अत्यंत हिंसक और अपरिवर्तनीय फैशन में जिसे शॉक वेव कहा जाता है। उच्च-प्रवाह वेग ( रेनॉल्ड्स संख्या देखें) तरल पदार्थों के संपीड्यता प्रभावों के साथ सदमे तरंगों की उपस्थिति, सुपरसोनिक और सबसोनिक वायुगतिकी शासनों के बीच केंद्रीय अंतर है।

हाइपरसोनिक प्रवाह

वायुगतिकी में, हाइपरसोनिक गति अत्यधिक सुपरसोनिक गति होती है। 1970 के दशक में, यह शब्द आम तौर पर मच 5 (ध्वनि की गति का 5 गुना) और उससे अधिक की गति को संदर्भित करता था। हाइपरसोनिक शासन सुपरसोनिक शासन का एक सबसेट है। हाइपरसोनिक प्रवाह को शॉक वेव के पीछे उच्च तापमान प्रवाह, चिपचिपा संपर्क और गैस के रासायनिक पृथक्करण की विशेषता है।

अन्य क्षेत्रों में वायुगतिकी

इंजीनियरिंग डिजाइन

एरोडायनामिक्स वाहन डिजाइन का एक महत्वपूर्ण तत्व है, जिसमें सड़क कार और ट्रक शामिल हैं, जहां मुख्य लक्ष्य वाहन ड्रैग गुणांक को कम करना है, और रेसिंग कार, जहां ड्रैग को कम करने के अलावा लक्ष्य डाउनफोर्स के समग्र स्तर को बढ़ाना भी है। ^[23] नौकायन जहाजों पर अभिनय करने वाले बलों और क्षणों की भविष्यवाणी में वायुगतिकी भी महत्वपूर्ण है। इसका उपयोग हार्ड ड्राइव हेड जैसे यांत्रिक घटकों के डिजाइन में किया जाता है। बड़े भवनों, पुलों और पवन टर्बाइनों के डिजाइन में पवन भार की गणना करते समय संरचनात्मक इंजीनियर वायुगतिकी, और विशेष रूप से वायुगतिकीयता का सहारा लेते हैं।

आंतरिक मार्ग का वायुगतिकी हीटिंग/वेंटिलेशन, गैस पाइपिंग और ऑटोमोटिव इंजन में महत्वपूर्ण है जहां विस्तृत प्रवाह पैटर्न इंजन के प्रदर्शन को दृढ़ता से प्रभावित करते हैं।

पर्यावरण डिजाइन

शहरी वायुगतिकी का अध्ययन नगर नियोजकों और डिजाइनरों द्वारा किया जाता है, जो बाहरी स्थानों में सुविधा में सुधार करना चाहते हैं, या शहरी प्रदूषण के प्रभाव को कम करने के लिए शहरी माइक्रॉक्लाइमेट बनाना चाहते हैं। पर्यावरणीय वायुगतिकी का क्षेत्र उन तरीकों का वर्णन करता है जिनमें वायुमंडलीय परिसंचरण और उड़ान यांत्रिकी पारिस्थितिक तंत्र को प्रभावित करते हैं।

संख्यात्मक मौसम की भविष्यवाणी में वायुगतिकीय समीकरणों का उपयोग किया जाता है।

खेल में गेंद पर नियंत्रण

जिन खेलों में वायुगतिकी का महत्वपूर्ण महत्व है उनमें सॉकर, टेबल टेनिस, क्रिकेट, बेसबॉल और गोल्फ शामिल हैं, जिसमें अधिकांश खिलाड़ी " मैग्नस इफेक्ट " का उपयोग करके गेंद के प्रक्षेपवक्र को नियंत्रित कर सकते हैं।

यह भी देखें

संदर्भ

↑ "How the Stork Inspired Human Flight". flyingmag.com.^{[permanent dead link]}
↑ "Wind Power's Beginnings (1000 BC – 1300 AD) Illustrated History of Wind Power Development". Telosnet.com. Archived from the original on 2010-12-02. Retrieved 2011-08-24.
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↑ Ovid; Gregory, H. (2001). The Metamorphoses. Signet Classics. ISBN 0-451-52793-3. OCLC 45393471.
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↑ Rayleigh, Lord (1876). "On the Resistance of Fluids". Philosophical Magazine. 2 (13): 430–441. doi:10.1080/14786447608639132.
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अग्रिम पठन

General aerodynamics

Anderson, John D. (2007). Fundamentals of Aerodynamics (4th ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-125408-3. OCLC 60589123.
Bertin, J. J.; Smith, M. L. (2001). Aerodynamics for Engineers (4th ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-064633-4. OCLC 47297603.
Smith, Hubert C. (1991). Illustrated Guide to Aerodynamics (2nd ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-8306-3901-2. OCLC 24319048.
Craig, Gale (2003). Introduction to Aerodynamics. Regenerative Press. ISBN 0-9646806-3-7. OCLC 53083897.

Subsonic aerodynamics

Katz, Joseph; Plotkin, Allen (2001). Low-Speed Aerodynamics (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN 0-521-66552-3. OCLC 43970751.
Obert, Ed (2009). Aerodynamic Design of Transport Aircraft at Google Books. Delft; About practical aerodynamics in industry and the effects on design of aircraft. ISBN 978-1-58603-970-7.

Transonic aerodynamics

Moulden, Trevor H. (1990). Fundamentals of Transonic Flow. Krieger Publishing Company. ISBN 0-89464-441-6. OCLC 20594163.
Cole, Julian D; Cook, L. Pamela (1986). Transonic Aerodynamics. North-Holland. ISBN 0-444-87958-7. OCLC 13094084.

Supersonic aerodynamics

Ferri, Antonio (2005). Elements of Aerodynamics of Supersonic Flows (Phoenix ed.). Dover Publications. ISBN 0-486-44280-2. OCLC 58043501.
Shapiro, Ascher H. (1953). The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, Volume 1. Ronald Press. ISBN 978-0-471-06691-0. OCLC 11404735.
Anderson, John D. (2004). Modern Compressible Flow. McGraw-Hill. ISBN 0-07-124136-1. OCLC 71626491.
Liepmann, H. W.; Roshko, A. (2002). Elements of Gasdynamics. Dover Publications. ISBN 0-486-41963-0. OCLC 47838319.
von Mises, Richard (2004). Mathematical Theory of Compressible Fluid Flow. Dover Publications. ISBN 0-486-43941-0. OCLC 56033096.
Hodge, B. K.; Koenig K. (1995). Compressible Fluid Dynamics with Personal Computer Applications. Prentice Hall. ISBN 0-13-308552-X. OCLC 31662199.

Hypersonic aerodynamics

Anderson, John D. (2006). Hypersonic and High Temperature Gas Dynamics (2nd ed.). AIAA. ISBN 1-56347-780-7. OCLC 68262944.
Hayes, Wallace D.; Probstein, Ronald F. (2004). Hypersonic Inviscid Flow. Dover Publications. ISBN 0-486-43281-5. OCLC 53021584.

History of aerodynamics

Chanute, Octave (1997). Progress in Flying Machines. Dover Publications. ISBN 0-486-29981-3. OCLC 37782926.
von Karman, Theodore (2004). Aerodynamics: Selected Topics in the Light of Their Historical Development. Dover Publications. ISBN 0-486-43485-0. OCLC 53900531.
Anderson, John D. (1997). A History of Aerodynamics: And Its Impact on Flying Machines. Cambridge University Press. ISBN 0-521-45435-2. OCLC 228667184.

Aerodynamics related to engineering

Ground vehicles

Katz, Joseph (1995). Race Car Aerodynamics: Designing for Speed. Bentley Publishers. ISBN 0-8376-0142-8. OCLC 181644146.
Barnard, R. H. (2001). Road Vehicle Aerodynamic Design (2nd ed.). Mechaero Publishing. ISBN 0-9540734-0-1. OCLC 47868546.

Fixed-wing aircraft

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Abbott, Ira H.; von Doenhoff, A. E. (1959). Theory of Wing Sections: Including a Summary of Airfoil Data. Dover Publications. ISBN 0-486-60586-8. OCLC 171142119.
Clancy, L.J. (1975). Aerodynamics. Pitman Publishing Limited. ISBN 0-273-01120-0. OCLC 16420565.

Helicopters

Leishman, J. Gordon (2006). Principles of Helicopter Aerodynamics (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN 0-521-85860-7. OCLC 224565656.
Prouty, Raymond W. (2001). Helicopter Performance, Stability, and Control. Krieger Publishing Company Press. ISBN 1-57524-209-5. OCLC 212379050.
Seddon, J.; Newman, Simon (2001). Basic Helicopter Aerodynamics: An Account of First Principles in the Fluid Mechanics and Flight Dynamics of the Single Rotor Helicopter. AIAA. ISBN 1-56347-510-3. OCLC 47623950.

Missiles

Nielson, Jack N. (1988). Missile Aerodynamics. AIAA. ISBN 0-9620629-0-1. OCLC 17981448.

Model aircraft

Simons, Martin (1999). Model Aircraft Aerodynamics (4th ed.). Trans-Atlantic Publications, Inc. ISBN 1-85486-190-5. OCLC 43634314.

Related branches of aerodynamics

Aerothermodynamics

Hirschel, Ernst H. (2004). Basics of Aerothermodynamics. Springer. ISBN 3-540-22132-8. OCLC 228383296.
Bertin, John J. (1993). Hypersonic Aerothermodynamics. AIAA. ISBN 1-56347-036-5. OCLC 28422796.

Aeroelasticity

Bisplinghoff, Raymond L.; Ashley, Holt; Halfman, Robert L. (1996). Aeroelasticity. Dover Publications. ISBN 0-486-69189-6. OCLC 34284560.
Fung, Y. C. (2002). An Introduction to the Theory of Aeroelasticity (Phoenix ed.). Dover Publications. ISBN 0-486-49505-1. OCLC 55087733.

Boundary layers

Young, A. D. (1989). Boundary Layers. AIAA. ISBN 0-930403-57-6. OCLC 19981526.
Rosenhead, L. (1988). Laminar Boundary Layers. Dover Publications. ISBN 0-486-65646-2. OCLC 17619090.

Turbulence

Tennekes, H.; Lumley, J. L. (1972). A First Course in Turbulence. The MIT Press. ISBN 0-262-20019-8. OCLC 281992.
Pope, Stephen B. (2000). Turbulent Flows. Cambridge University Press. ISBN 0-521-59886-9. OCLC 174790280.

बाहरी संबंध

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[3] Berliner, Don (1997). Aviation: Reaching for the Sky. The Oliver Press, Inc. p. 128. ISBN 1-881508-33-1.

[4] Ovid; Gregory, H. (2001). The Metamorphoses. Signet Classics. ISBN 0-451-52793-3. OCLC 45393471.

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[6] Newton, I. (1726). Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Book II.

[7] "Hydrodynamica". Britannica Online Encyclopedia. Retrieved 2008-10-30.

[8] Navier, C. L. M. H. (1827). "Memoire Sur les Lois du Mouvement des fluides". Mémoires de l'Académie des Sciences. 6: 389–440.

[9] Stokes, G. (1845). "On the Theories of the Internal Friction of Fluids in Motion". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 8: 287–305.

[10] "U.S Centennial of Flight Commission – Sir George Cayley". Archived from the original on 20 September 2008. Retrieved 2008-09-10. Sir George Cayley, born in 1773, is sometimes called the Father of Aviation. A pioneer in his field, he was the first to identify the four aerodynamic forces of flight – weight, lift, drag, and thrust and their relationship. He was also the first to build a successful human-carrying glider. Cayley described many of the concepts and elements of the modern airplane and was the first to understand and explain in engineering terms the concepts of lift and thrust.

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[12] 'Alembert, J. (1752). Essai d'une nouvelle theorie de la resistance des fluides.

[13] Kirchhoff, G. (1869). "Zur Theorie freier Flussigkeitsstrahlen". Journal für die reine und angewandte Mathematik. 1869 (70): 289–298. doi:10.1515/crll.1869.70.289.

[14] Rayleigh, Lord (1876). "On the Resistance of Fluids". Philosophical Magazine. 2 (13): 430–441. doi:10.1080/14786447608639132.

[15] Renard, C. (1889). "Nouvelles experiences sur la resistance de l'air". L'Aéronaute. 22: 73–81.

[16] Lanchester, F. W. (1907). Aerodynamics.

[17] Prandtl, L. (1919). Tragflügeltheorie. Göttinger Nachrichten, mathematischphysikalische Klasse, 451–477.

[18] Ackeret, J. (1925). "Luftkrafte auf Flugel, die mit der grosser also Schallgeschwindigkeit bewegt werden". Zeitschrift für Flugtechnik und Motorluftschiffahrt. 16: 72–74.

[andersonhist3-19] Anderson, John David (1997). A History of Aerodynamics and its Impact on Flying Machines. New York, NY: Cambridge University Press. ISBN 0-521-45435-2.

[20] "Understanding Aerodynamics: Arguing from the Real Physics" Doug McLean John Wiley & Sons, 2012 Chapter 3.2 "The main relationships comprising the NS equations are the basic conservation laws for mass, momentum, and energy. To have a complete equation set we also need an equation of state relating temperature, pressure, and density..." https://play.google.com/books/reader?id=_DJuEgpmdr8C&printsec=frontcover&pg=GBS.PA191.w.0.0.0.151

[andersonhist4-21] Anderson, John David (1997). A History of Aerodynamics and its Impact on Flying Machines. New York, NY: Cambridge University Press. ISBN 0-521-45435-2.

[:02-22] Katz, Joseph (1991). Low-speed aerodynamics: From wing theory to panel methods. McGraw-Hill series in aeronautical and aerospace engineering. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-050446-6. OCLC 21593499.

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@@ Line 212: / Line 212: @@
 * [http://wings.avkids.com/Book/Animals/intermediate/birds-01.html Aerodynamics of Birds] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100324030617/http://wings.avkids.com/Book/Animals/intermediate/birds-01.html |date=2010-03-24 }}
 * [https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/short.html NASA Aerodynamics Index]
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ट्रांसोनिक प्रवाह

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संबंधित शब्दावली

सीमा परतें

अशांति

अन्य क्षेत्रों में वायुगतिकी

इंजीनियरिंग डिजाइन

पर्यावरण डिजाइन

खेल में गेंद पर नियंत्रण

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