वायुगतिकी
एरोडायनामिक्स , ग्रीक ἀήρ एयरो (वायु) + δναμική (डायनामिक्स) से, हवा की गति का अध्ययन है, खासकर जब एक ठोस वस्तु से प्रभावित होता है, जैसे कि एक हवाई जहाज विंग। इसमें द्रव डायनेमिक्स के क्षेत्र में शामिल विषय शामिल हैं और इसके गैस डायनेमिक्स के इसके उप -क्षेत्र। एरोडायनामिक्स 'शब्द का उपयोग अक्सर गैस की गतिशीलता के साथ समानार्थक रूप से किया जाता है, यह अंतर यह है कि गैस की गतिशीलता गति के अध्ययन के अध्ययन पर लागू होती है। सभी गैसें, और हवा तक सीमित नहीं हैं। एरोडायनामिक्स का औपचारिक अध्ययन अठारहवीं शताब्दी में आधुनिक अर्थों में शुरू हुआ, हालांकि एरोडायनामिक ड्रैग जैसी मौलिक अवधारणाओं के अवलोकन बहुत पहले दर्ज किए गए थे। वायुगतिकी में शुरुआती प्रयासों में से अधिकांश को हेवियर-से-एयर फ्लाइट , जिसे पहली बार ओटो लिलिएंटल द्वारा 1891 में प्रदर्शित किया गया था।[1] तब से, गणितीय विश्लेषण, अनुभवजन्य सन्निकटन, पवन सुरंग प्रयोग, और कंप्यूटर सिमुलेशन एस के माध्यम से वायुगतिकी का उपयोग भारी-से-वायु उड़ान और कई अन्य प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए एक तर्कसंगत आधार का गठन किया है।एरोडायनामिक्स में हाल के काम ने संपीड़ित प्रवाह , टर्बुलेंस , और सीमा परत एस से संबंधित मुद्दों पर ध्यान केंद्रित किया है और प्रकृति में तेजी से कम्प्यूटेशनल बन गया है।
इतिहास
आधुनिक वायुगतिकी केवल सत्रहवीं शताब्दी की है, लेकिन सेलबोट्स और पवनचक्की में हजारों वर्षों से मनुष्यों द्वारा वायुगतिकीय बलों का दोहन किया गया है[2] और उड़ान की छवियां और कहानियाँ रिकॉर्ड किए गए इतिहास में दिखाई देती हैं[3] जैसे कि प्राचीन ग्रीक इकारस और डेडलस [4] कॉन्टिनम , ड्रैग , और प्रेशर ग्रेडिएंट एस की मौलिक अवधारणाएं अरस्तू और आर्किमिडीज के काम में दिखाई देती हैं[5]
1726 में, सर आइजैक न्यूटन वायु प्रतिरोध का एक सिद्धांत विकसित करने वाले पहले व्यक्ति बने[6] उसे पहले एरोडायनामिकिस्ट में से एक बनाना। डच - स्विस गणितज्ञ डैनियल बर्नौली ने 1738 में 'हाइड्रोडायनाइक' 'के साथ'सिद्धांत ]], जो वायुगतिकीय लिफ्ट की गणना के लिए एक विधि प्रदान करता है[7] 1757 में, लियोनहार्ड यूलर ने अधिक सामान्य यूलर समीकरण प्रकाशित किए, जो कि संपीड़ित और असंगत प्रवाह दोनों पर लागू किया जा सकता है।यूलर समीकरणों को 1800 के दशक की पहली छमाही में चिपचिपाहट के प्रभावों को शामिल करने के लिए बढ़ाया गया था, जिसके परिणामस्वरूप नवियर -स्टोक्स समीकरण [8][9] नवियर-स्टोक्स समीकरण द्रव प्रवाह के सबसे सामान्य शासी समीकरण हैं, लेकिन सभी के चारों ओर प्रवाह के लिए हल करना मुश्किल है, लेकिन आकारों के सबसे सरल।
1799 में, सर जॉर्ज केली उड़ान के चार एरोडायनामिक बलों की पहचान करने वाले पहले व्यक्ति बने ( वेट , लिफ्ट , ड्रैग , और थ्रस्ट ),साथ ही उनके बीच संबंध भी[10][11] और ऐसा करने में अगली शताब्दी के लिए भारी-से-हवा की उड़ान को प्राप्त करने की दिशा में मार्ग को रेखांकित किया गया।1871 में, फ्रांसिस हर्बर्ट वेनहम ने पहले पवन सुरंग का निर्माण किया, जिससे वायुगतिकीय बलों के सटीक माप की अनुमति मिली।ड्रैग थ्योरी जीन ले रोंड डी'एलबर्ट द्वारा विकसित किए गए थे[12] गुस्ताव किरचॉफ [13] और लॉर्ड रेले [14] 1889 में, चार्ल्स रेनार्ड , एक फ्रांसीसी एरोनॉटिकल इंजीनियर, निरंतर उड़ान के लिए आवश्यक शक्ति की भविष्यवाणी करने वाले पहले व्यक्ति बन गए[15] ओटो लिलिएंटल , ग्लाइडर उड़ानों के साथ अत्यधिक सफल होने वाला पहला व्यक्ति, पतले, घुमावदार एयरफॉइल का प्रस्ताव भी था जो उच्च लिफ्ट और कम ड्रैग का उत्पादन करेगा।इन घटनाक्रमों के साथ -साथ अपने स्वयं के पवन सुरंग में किए गए शोधों पर निर्माण, राइट ब्रदर्स ने 17 दिसंबर, 1903 को पहला संचालित हवाई जहाज उड़ाया।
पहली उड़ानों के समय, फ्रेडरिक डब्ल्यू। लैंचस्टर [16] मार्टिन कुट्टा , और निकोलाई ज़ुकोवस्की ने स्वतंत्र रूप से ऐसे सिद्धांत बनाए जो सर्कुलेशन को एक द्रव प्रवाह के ]] से जुड़े।कुट्टा और ज़ुकोवस्की ने एक दो-आयामी विंग सिद्धांत विकसित किया।Lanchester के काम पर विस्तार, LUDWIG PRANDTL को गणित को विकसित करने का श्रेय दिया जाता है[17] पतली-हवा और लिफ्टिंग-लाइन सिद्धांतों के पीछेसाथ ही सीमा परत एस के साथ काम करते हैं।
जैसे -जैसे विमान की गति में वृद्धि हुई डिजाइनरों ने ध्वनि की गति के पास गति से संपीड़ितता से जुड़ी चुनौतियों का सामना करना शुरू कर दिया।ऐसी परिस्थितियों में एयरफ्लो में अंतर विमान नियंत्रण में समस्याओं का कारण बनता है, शॉक वेव एस के कारण ड्रैग में वृद्धि हुई है, और एरोलेस्टिक फ्लूट के कारण संरचनात्मक विफलता का खतरा है।ध्वनि की गति के प्रवाह की गति के अनुपात को अर्नस्ट मच के बाद मच नंबर नाम दिया गया था, जो सुपरसोनिक प्रवाह के गुणों की जांच करने वाले पहले में से एक था। मैकक्वॉर्न रैंकिन और पियरे हेनरी ह्यूगोनियोट ने स्वतंत्र रूप से शॉक वेव के पहले और बाद में प्रवाह गुणों के लिए सिद्धांत विकसित किया, जबकि जैकब एकरेट ने सुपरसोनिक एयरफिल्स की लिफ्ट और ड्रैग की गणना के प्रारंभिक कार्य का नेतृत्व किया।[18] थियोडोर वॉन क्रेमन और ह्यूग लैटिमर ड्राइडन ने क्रिटिकल मच नंबर और मच 1 के बीच प्रवाह की गति का वर्णन करने के लिए ट्रांसोनिक शब्द पेश किया, जहां ड्रैग तेजी से बढ़ता है। ड्रैग में इस तेजी से वृद्धि ने एरोडायनामिकिस्ट और एविएटर्स को इस बात पर असहमत होने के लिए नेतृत्व किया कि क्या सुपरसोनिक उड़ान तब तक प्राप्त करने योग्य थी जब तक कि साउंड बैरियर 1947 में बेल एक्स -1 विमान का उपयोग करके टूट गया था।
जब तक ध्वनि अवरोध टूट गया था, तब तक सबसोनिक और कम सुपरसोनिक प्रवाह की एरोडायनामिकिस्ट की समझ परिपक्व हो गई थी। शीत युद्ध ने उच्च-प्रदर्शन वाले विमानों की एक कभी विकसित होने वाली लाइन के डिजाइन को प्रेरित किया। कम्प्यूटेशनल फ्लुइड डायनेमिक्स जटिल वस्तुओं के चारों ओर प्रवाह गुणों के लिए हल करने के प्रयास के रूप में शुरू हुआ और तेजी से उस बिंदु तक बढ़ गया है जहां कंप्यूटर सॉफ्टवेयर का उपयोग करके पूरे विमान को डिज़ाइन किया जा सकता है, जिसमें हवा-टनल परीक्षणों के बाद उड़ान परीक्षणों के बाद कंप्यूटर की भविष्यवाणियों की पुष्टि करने के लिए। सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक एरोडायनामिक्स की समझ 1960 के दशक से परिपक्व हो गई है, और एरोडायनामिकिस्ट के लक्ष्य द्रव प्रवाह के व्यवहार से एक वाहन के 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 साथ वर्तमान विमान और प्रणोदन प्रणालियों की वायुगतिकीय दक्षता में सुधार करने की इच्छा, वायुगतिकी में नए शोध को प्रेरित करना जारी है, जबकि फ्लो टर्बुलेंस से संबंधित बुनियादी वायुगतिकीय सिद्धांत में महत्वपूर्ण समस्याओं पर काम जारी है। और नवियर-स्टोक्स समीकरणों के लिए विश्लेषणात्मक समाधानों का अस्तित्व और विशिष्टता।
मौलिक अवधारणाएं
पर उड़ान के बल
किसी वस्तु के चारों ओर हवा की गति को समझना (जिसे अक्सर एक प्रवाह क्षेत्र कहा जाता है) बलों की गणना और क्षण ऑब्जेक्ट पर अभिनय करने में सक्षम बनाता है। कई वायुगतिकी समस्याओं में, ब्याज की ताकतें उड़ान के मूलभूत बल हैं: लिफ्ट , ड्रैग , थ्रस्ट , और वेट । इनमें से, लिफ्ट और ड्रैग वायुगतिकीय बल हैं, अर्थात् एक ठोस शरीर पर वायु प्रवाह के कारण बल। इन मात्राओं की गणना अक्सर इस धारणा पर स्थापित की जाती है कि प्रवाह क्षेत्र एक निरंतरता के रूप में व्यवहार करता है। कॉन्टिनम फ्लो फ़ील्ड्स को फ्लो वेलोसिटी , प्रेशर , डेंसिटी , और तापमान जैसे गुणों की विशेषता है, जो स्थिति और समय के कार्य हो सकते हैं। इन गुणों को प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से वायुगतिकी प्रयोगों में मापा जा सकता है या द्रव्यमान के संरक्षण के लिए समीकरणों के साथ शुरू किया जा सकता है, मोमेंटम , और वायु प्रवाह में ऊर्जा। घनत्व, प्रवाह वेग, और एक अतिरिक्त संपत्ति, चिपचिपापन , का उपयोग प्रवाह क्षेत्रों को वर्गीकृत करने के लिए किया जाता है।
प्रवाह वर्गीकरण
प्रवाह वेग का उपयोग गति शासन के अनुसार प्रवाह को वर्गीकृत करने के लिए किया जाता है। सबसोनिक प्रवाह प्रवाह क्षेत्र हैं जिसमें वायु गति क्षेत्र हमेशा ध्वनि की स्थानीय गति से नीचे होता है। ट्रांसोनिक प्रवाह में सबसोनिक प्रवाह और क्षेत्रों के दोनों क्षेत्र शामिल हैं जिनमें स्थानीय प्रवाह की गति ध्वनि की स्थानीय गति से अधिक है। सुपरसोनिक प्रवाह को 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, प्रवाह को संदर्भित करता है जहां प्रवाह की गति ध्वनि की गति से बहुत अधिक है। एरोडायनामिकिस्ट हाइपरसोनिक प्रवाह की सटीक परिभाषा पर असहमत हैं।
संपीड़ित प्रवाह प्रवाह के भीतर अलग -अलग घनत्व के लिए खाते। सबसोनिक प्रवाह को अक्सर असंगत के रूप में आदर्श बनाया जाता है, अर्थात घनत्व को स्थिर माना जाता है। ट्रांसोनिक और सुपरसोनिक प्रवाह संपीड़ित हैं, और गणना जो इन प्रवाह क्षेत्रों में घनत्व के परिवर्तनों की उपेक्षा करती है, गलत परिणाम प्राप्त करेंगे।
चिपचिपाहट एक प्रवाह में घर्षण बलों के साथ जुड़ी हुई है। कुछ प्रवाह क्षेत्रों में, चिपचिपा प्रभाव बहुत छोटे होते हैं, और अनुमानित समाधान स्पष्ट रूप से चिपचिपा प्रभावों की उपेक्षा कर सकते हैं। इन सन्निकटन को Inviscid प्रवाह कहा जाता है। प्रवाह जिसके लिए चिपचिपाहट की उपेक्षा नहीं की जाती है उसे चिपचिपा प्रवाह कहा जाता है। अंत में, वायुगतिकीय समस्याओं को प्रवाह वातावरण द्वारा भी वर्गीकृत किया जा सकता है। बाहरी वायुगतिकी विभिन्न आकृतियों (जैसे एक हवाई जहाज विंग के चारों ओर) के ठोस वस्तुओं के आसपास प्रवाह का अध्ययन है, जबकि आंतरिक वायुगतिकी ठोस वस्तुओं के अंदर मार्ग के माध्यम से प्रवाह का अध्ययन है (जैसे कि एक जेट इंजन के माध्यम से)।
निरंतरता धारणा
तरल पदार्थ और ठोस के विपरीत, गैसें असतत अणु एस से बनी होती हैं जो गैस द्वारा भरे गए वॉल्यूम के केवल एक छोटे से अंश पर कब्जा करती हैं। आणविक स्तर पर, प्रवाह क्षेत्र अपने और ठोस सतहों के साथ गैस अणुओं के कई व्यक्ति के टकराव से बने होते हैं। हालांकि, अधिकांश एरोडायनामिक्स अनुप्रयोगों में, गैसों की असतत आणविक प्रकृति को नजरअंदाज कर दिया जाता है, और प्रवाह क्षेत्र को निरंतरता 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।
निरंतरता धारणा की वैधता गैस के घनत्व और प्रश्न में आवेदन पर निर्भर है। निरंतरता मान्य होने के लिए, का मतलब है कि मुक्त पथ लंबाई प्रश्न में आवेदन की लंबाई पैमाने से बहुत कम होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, कई वायुगतिकी अनुप्रयोग वायुमंडलीय परिस्थितियों में उड़ान भरने वाले विमान से निपटते हैं, जहां माध्य मुक्त पथ की लंबाई माइक्रोमीटर के क्रम पर होती है और जहां शरीर परिमाण के आदेशों को बड़ा करता है। इन मामलों में, विमान की लंबाई का पैमाना कुछ मीटर से लेकर कुछ दसियों मीटर तक होता है, जो औसत मुक्त पथ की लंबाई से बहुत बड़ा है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए, निरंतरता धारणा उचित है। निरंतरता धारणा बेहद कम घनत्व प्रवाह के लिए कम मान्य है, जैसे कि बहुत अधिक ऊंचाई पर वाहनों द्वारा सामना किए जाने वाले (जैसे 300,000 & nbsp; ft/90 & nbsp; km;[5] या लो अर्थ ऑर्बिट में उपग्रह।उन मामलों में, सांख्यिकीय यांत्रिकी समस्या को हल करने का एक अधिक सटीक तरीका है, जो निरंतर वायुगतिकी है। नुड्सन नंबर का उपयोग सांख्यिकीय यांत्रिकी और वायुगतिकी के निरंतर सूत्रीकरण के बीच विकल्प का मार्गदर्शन करने के लिए किया जा सकता है।
निरंतरता धारणा
तरल पदार्थ और ठोस के विपरीत, गैसें असतत अणु एस से बनी होती हैं जो गैस द्वारा भरे गए वॉल्यूम के केवल एक छोटे से अंश पर कब्जा करती हैं। आणविक स्तर पर, प्रवाह क्षेत्र अपने और ठोस सतहों के साथ गैस अणुओं के कई व्यक्ति के टकराव से बने होते हैं। हालांकि, अधिकांश एरोडायनामिक्स अनुप्रयोगों में, गैसों की असतत आणविक प्रकृति को नजरअंदाज कर दिया जाता है, और प्रवाह क्षेत्र को निरंतरता 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।
निरंतरता धारणा की वैधता गैस के घनत्व और प्रश्न में आवेदन पर निर्भर है। निरंतरता मान्य होने के लिए, का मतलब है कि मुक्त पथ लंबाई प्रश्न में आवेदन की लंबाई पैमाने से बहुत कम होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, कई वायुगतिकी अनुप्रयोग वायुमंडलीय परिस्थितियों में उड़ान भरने वाले विमान से निपटते हैं, जहां माध्य मुक्त पथ की लंबाई माइक्रोमीटर के क्रम पर होती है और जहां शरीर परिमाण के आदेशों को बड़ा करता है। इन मामलों में, विमान की लंबाई का पैमाना कुछ मीटर से लेकर कुछ दसियों मीटर तक होता है, जो औसत मुक्त पथ की लंबाई से बहुत बड़ा है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए, निरंतरता धारणा उचित है। निरंतरता धारणा बेहद कम घनत्व प्रवाह के लिए कम मान्य है, जैसे कि बहुत अधिक ऊंचाई पर वाहनों द्वारा सामना किए जाने वाले (जैसे 300,000 & nbsp; ft/90 & nbsp; km;[5] या लो अर्थ ऑर्बिट में उपग्रह।उन मामलों में, सांख्यिकीय यांत्रिकी समस्या को हल करने का एक अधिक सटीक तरीका है, जो निरंतर वायुगतिकी है। नुड्सन नंबर का उपयोग सांख्यिकीय यांत्रिकी और वायुगतिकी के निरंतर सूत्रीकरण के बीच विकल्प का मार्गदर्शन करने के लिए किया जा सकता है।
संरक्षण कानून =
फ्लुइड कॉन्टिनम की धारणा वायुगतिकी में समस्याओं को द्रव डायनेमिक्स संरक्षण कानून । तीन संरक्षण सिद्धांतों का उपयोग किया जाता है:
- द्रव्यमान का संरक्षण
- द्रव्यमान के संरक्षण के लिए आवश्यक है कि द्रव्यमान को न तो बनाया जाए और न ही एक प्रवाह के भीतर नष्ट किया जाए; इस सिद्धांत के गणितीय सूत्रीकरण को द्रव्यमान निरंतरता समीकरण के रूप में जाना जाता है।
- मोमेंटम का संरक्षण
- इस सिद्धांत के गणितीय सूत्रीकरण को न्यूटन के दूसरे कानून का आवेदन माना जा सकता है। एक प्रवाह के भीतर गति केवल बाहरी बलों द्वारा बदल दी जाती है, जिसमें सतह बल एस, जैसे चिपचिपा ( घर्षण अल) बल, और बॉडी फोर्स एस, जैसे वजन दोनों शामिल हो सकते हैं। गति संरक्षण सिद्धांत को वेक्टर समीकरण के रूप में व्यक्त किया जा सकता है या तीन स्केलर समीकरण (x, y, z घटक) के एक सेट में अलग किया जा सकता है।
- ऊर्जा का संरक्षण
- ऊर्जा संरक्षण समीकरण में कहा गया है कि ऊर्जा न तो एक प्रवाह के भीतर बनाई गई है और न ही नष्ट हो जाती है, और यह कि प्रवाह में एक मात्रा में ऊर्जा के किसी भी जोड़ या घटाव से गर्मी हस्तांतरण , या कार्य ब्याज के क्षेत्र में और बाहर काम करते हैं।
साथ में, इन समीकरणों को नवियर-स्टोक्स समीकरण के रूप में जाना जाता है, हालांकि कुछ लेखक केवल गति समीकरण (ओं) को शामिल करने के लिए शब्द को परिभाषित करते हैं। नवियर-स्टोक्स समीकरणों में कोई ज्ञात विश्लेषणात्मक समाधान नहीं है और कम्प्यूटेशनल तकनीक का उपयोग करके आधुनिक वायुगतिकी में हल किया जाता है। क्योंकि उच्च गति कंप्यूटरों का उपयोग करने वाले कम्प्यूटेशनल तरीके ऐतिहासिक रूप से उपलब्ध नहीं थे और इन जटिल समीकरणों को हल करने की उच्च कम्प्यूटेशनल लागत अब उपलब्ध हैं, नवियर-स्टोक्स समीकरणों के सरलीकरण को नियोजित किया गया है और नियोजित किया गया है। यूलर समीकरण समान संरक्षण समीकरणों का एक सेट हैं जो चिपचिपाहट की उपेक्षा करते हैं और उन मामलों में उपयोग किए जा सकते हैं जहां चिपचिपाहट का प्रभाव छोटा होने की उम्मीद है। आगे सरलीकरण लाप्लास के समीकरण और संभावित प्रवाह सिद्धांत को जन्म देता है। इसके अतिरिक्त, बर्नौली का समीकरण गति और ऊर्जा संरक्षण समीकरणों दोनों के लिए एक आयाम में एक समाधान है।
आदर्श गैस कानून या राज्य के एक अन्य समीकरण का उपयोग अक्सर इन समीकरणों के साथ संयोजन में किया जाता है एक निर्धारित प्रणाली बनाने के लिए जो अज्ञात चर के लिए समाधान की अनुमति देता है[19]
वायुगतिकी की शाखाएँ
वायुगतिकीय समस्याओं को प्रवाह के वातावरण या प्रवाह के गुणों द्वारा वर्गीकृत किया जाता है, जिसमें प्रवाह गति , संपीड़ितता , और चिपचिपापन शामिल हैं। बाहरी एरोडायनामिक्स विभिन्न आकृतियों की ठोस वस्तुओं के आसपास प्रवाह का अध्ययन है। लिफ्ट और ड्रैग को हवाई जहाज या शॉक वेव एस का मूल्यांकन करते हुए, जो रॉकेट की नाक के सामने बनता है, जो बाहरी एरोडायनामिक्स के उदाहरण हैं। आंतरिक एरोडायनामिक्स ठोस वस्तुओं में मार्ग के माध्यम से प्रवाह का अध्ययन है। उदाहरण के लिए, आंतरिक एरोडायनामिक्स जेट इंजन के माध्यम से या एयर कंडीशनिंग पाइप के माध्यम से एयरफ्लो के अध्ययन को शामिल करता है।
एरोडायनामिक समस्याओं को भी वर्गीकृत किया जा सकता है कि क्या प्रवाह गति नीचे है, ध्वनि ]] की [[ गति के पास या ऊपर है। एक समस्या को सबसोनिक कहा जाता है यदि समस्या में सभी गति ध्वनि की गति से कम होती है, ट्रांसोनिक यदि ध्वनि की गति के नीचे और ऊपर दोनों गति मौजूद होती है (सामान्य रूप से 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। एरोडायनामिकिस्ट हाइपरसोनिक प्रवाह की सटीक परिभाषा पर असहमत हैं; एक मोटी परिभाषा मच संख्या एस के साथ 5 से ऊपर के साथ प्रवाहित होती है।[5]
प्रवाह पर चिपचिपापन का प्रभाव एक तीसरे वर्गीकरण को निर्धारित करता है।कुछ समस्याएं केवल बहुत छोटे चिपचिपा प्रभावों का सामना कर सकती हैं, इस मामले में चिपचिपाहट को नगण्य माना जा सकता है।इन समस्याओं के अनुमानों को Inviscid प्रवाह s कहा जाता है।प्रवाह जिसके लिए चिपचिपाहट की उपेक्षा की जा सकती है, को चिपचिपा प्रवाह कहा जाता है।
अयोग्य वायुगतिकी
एक असंगत प्रवाह एक प्रवाह है जिसमें घनत्व समय और स्थान दोनों में स्थिर होता है। यद्यपि सभी वास्तविक तरल पदार्थ संपीड़ित होते हैं, एक प्रवाह को अक्सर असंगत के रूप में अनुमानित किया जाता है यदि घनत्व परिवर्तन का प्रभाव गणना किए गए परिणामों में केवल छोटे परिवर्तन का कारण बनता है। यह सच होने की संभावना है जब प्रवाह की गति ध्वनि की गति से काफी कम होती है। संपीड़ितता के प्रभाव ध्वनि की गति के करीब या उससे ऊपर की गति से अधिक महत्वपूर्ण हैं। मच नंबर का उपयोग यह मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है कि क्या अयोग्यता 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 करता है जो प्रवाह में हर जगह ध्वनि की गति से बहुत कम हैं। सबसोनिक प्रवाह की कई शाखाएँ हैं, लेकिन एक विशेष मामला तब उत्पन्न होता है जब प्रवाह Inviscid , अयोग्य और irrotational है। इस मामले को संभावित प्रवाह कहा जाता है और विभेदक समीकरण की अनुमति देता है जो प्रवाह का वर्णन द्रव डायनेमिक्स के समीकरणों का एक सरलीकृत संस्करण होने के लिए करता है, इस प्रकार एरोडायनामिक को उपलब्ध कराता है।[20]
एक सबसोनिक समस्या को हल करने में, वायुगतिकीय द्वारा किए जाने वाले एक निर्णय यह है कि क्या संपीड़ितता के प्रभावों को शामिल करना है।संपीड़ितता प्रवाह में घनत्व के परिवर्तन की मात्रा का विवरण है।जब समाधान पर संपीड़ितता के प्रभाव छोटे होते हैं, तो यह धारणा कि घनत्व स्थिर है।समस्या तब एक असंगत कम गति वाले वायुगतिकी समस्या है।जब घनत्व को अलग -अलग होने की अनुमति दी जाती है, तो प्रवाह को संपीड़ित कहा जाता है।हवा में, आमतौर पर संपीड़ितता प्रभाव को नजरअंदाज कर दिया जाता है जब प्रवाह में मच संख्या 0.3 (लगभग 335 फीट (102 & nbsp; m) प्रति सेकंड या 228 मील (366 & nbsp; किमी) प्रति घंटे 60 & nbsp; ° F (16 & nbsp;° C))।मच 0.3 के ऊपर, समस्या प्रवाह को संपीड़ित वायुगतिकी का उपयोग करके वर्णित किया जाना चाहिए।
संपीड़ित वायुगतिकी
एरोडायनामिक्स के सिद्धांत के अनुसार, एक प्रवाह को संपीड़ित माना जाता है यदि घनत्व एक स्ट्रीमलाइन के साथ बदलता है।इसका मतलब यह है कि - असंगत प्रवाह के विपरीत - घनत्व में परिवर्तन पर विचार किया जाता है।सामान्य तौर पर, यह वह मामला है जहां भाग में मच संख्या या सभी प्रवाह 0.3 से अधिक है।मच 0.3 मान बल्कि मनमाना है, लेकिन इसका उपयोग किया जाता है क्योंकि गैस के नीचे एक मच संख्या के साथ गैस बहती है, उस मान से 5%से कम घनत्व में परिवर्तन प्रदर्शित होता है।इसके अलावा, यह अधिकतम 5% घनत्व परिवर्तन ठहराव बिंदु पर होता है (ऑब्जेक्ट पर बिंदु जहां प्रवाह की गति शून्य है), जबकि बाकी 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 नीचे और ऊपर प्रवाह वेगों की एक सीमा को संदर्भित करता है (आमतौर पर मच 0.8–1.2 के रूप में लिया जाता है)।इसे क्रिटिकल मच नंबर के बीच गति की सीमा के रूप में परिभाषित किया गया 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 सभीएयरफ्लो सुपरसोनिक है।इन गति के बीच, कुछ एयरफ्लो सुपरसोनिक हैं, जबकि कुछ एयरफ्लो सुपरसोनिक नहीं हैं।
<!-लिंक के लिए लंगर जो सीधे अनुभाग की ओर जाता है->
सुपरसोनिक प्रवाह =
सुपरसोनिक वायुगतिकीय समस्याएं वे हैं जो ध्वनि की गति से अधिक प्रवाह गति को शामिल करते हैं। 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 व्यवहार करता है। तरल पदार्थ दबाव में अंतर पर प्रतिक्रिया करते हैं; दबाव में परिवर्तन होता है कि कैसे एक तरल पदार्थ को उसके वातावरण का जवाब देने के लिए कहा जाता है। इसलिए, चूंकि ध्वनि है, वास्तव में, एक तरल पदार्थ के माध्यम से एक असीम दबाव अंतर है, उस द्रव में ध्वनि ]] की [[ गति को सबसे तेज गति माना जा सकता है जो जानकारी प्रवाह में यात्रा कर सकती है। यह अंतर स्पष्ट रूप से किसी वस्तु को हड़ताली तरल पदार्थ के मामले में प्रकट करता है। उस वस्तु के सामने, द्रव ठहराव दबाव का निर्माण करता है क्योंकि ऑब्जेक्ट के साथ प्रभाव चलती द्रव को आराम करने के लिए लाता है। सबसोनिक गति से यात्रा करने वाले तरल पदार्थ में, यह दबाव गड़बड़ी ऊपर की ओर फैल सकती है, वस्तु के आगे प्रवाह पैटर्न को बदल सकती है और यह धारणा दे सकती है कि द्रव को पता है कि वस्तु अपने आंदोलन को समायोजित करके है और इसके चारों ओर बह रही है। एक सुपरसोनिक प्रवाह में, हालांकि, दबाव की गड़बड़ी अपस्ट्रीम का प्रचार नहीं कर सकती है। इस प्रकार, जब द्रव अंत में उस वस्तु तक पहुंच जाता है, तो यह उस पर हमला करता है और द्रव को इसके गुणों को बदलने के लिए मजबूर किया जाता है - तापमान , घनत्व , दबाव , और मच संख्या - एक अत्यंत हिंसक और अपरिवर्तनीय फैशन ने शॉक वेव कहा। उच्च-प्रवाह वेग ( रेनॉल्ड्स संख्या देखें) तरल पदार्थ के संपीड़ितता प्रभावों के साथ सदमे तरंगों की उपस्थिति, सुपरसोनिक और सबसोनिक वायुगतिकी शासनों के बीच केंद्रीय अंतर है।
हाइपरसोनिक प्रवाह =
वायुगतिकी में, हाइपरसोनिक गति गति होती है जो अत्यधिक सुपरसोनिक होती हैं।1970 के दशक में, यह शब्द आम तौर पर मच 5 (ध्वनि की गति से 5 गुना) और उससे अधिक की गति को संदर्भित करने के लिए आया था।हाइपरसोनिक शासन सुपरसोनिक शासन का एक सबसेट है।हाइपरसोनिक प्रवाह को एक सदमे की लहर, चिपचिपा बातचीत और गैस के रासायनिक पृथक्करण के पीछे उच्च तापमान प्रवाह की विशेषता है।
ट्रांसोनिक प्रवाह =
ट्रांसोनिक शब्द ध्वनि ]] की स्थानीय [[ गति के नीचे और ऊपर प्रवाह वेगों की एक सीमा को संदर्भित करता है (आमतौर पर मच 0.8–1.2 के रूप में लिया जाता है)।इसे क्रिटिकल मच नंबर के बीच गति की सीमा के रूप में परिभाषित किया गया 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 सभीएयरफ्लो सुपरसोनिक है।इन गति के बीच, कुछ एयरफ्लो सुपरसोनिक हैं, जबकि कुछ एयरफ्लो सुपरसोनिक नहीं हैं।
<!-लिंक के लिए लंगर जो सीधे अनुभाग की ओर जाता है->
सुपरसोनिक प्रवाह =
सुपरसोनिक वायुगतिकीय समस्याएं वे हैं जो ध्वनि की गति से अधिक प्रवाह गति को शामिल करते हैं। 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 व्यवहार करता है। तरल पदार्थ दबाव में अंतर पर प्रतिक्रिया करते हैं; दबाव में परिवर्तन होता है कि कैसे एक तरल पदार्थ को उसके वातावरण का जवाब देने के लिए कहा जाता है। इसलिए, चूंकि ध्वनि है, वास्तव में, एक तरल पदार्थ के माध्यम से एक असीम दबाव अंतर है, उस द्रव में ध्वनि ]] की [[ गति को सबसे तेज गति माना जा सकता है जो जानकारी प्रवाह में यात्रा कर सकती है। यह अंतर स्पष्ट रूप से किसी वस्तु को हड़ताली तरल पदार्थ के मामले में प्रकट करता है। उस वस्तु के सामने, द्रव ठहराव दबाव का निर्माण करता है क्योंकि ऑब्जेक्ट के साथ प्रभाव चलती द्रव को आराम करने के लिए लाता है। सबसोनिक गति से यात्रा करने वाले तरल पदार्थ में, यह दबाव गड़बड़ी ऊपर की ओर फैल सकती है, वस्तु के आगे प्रवाह पैटर्न को बदल सकती है और यह धारणा दे सकती है कि द्रव को पता है कि वस्तु अपने आंदोलन को समायोजित करके है और इसके चारों ओर बह रही है। एक सुपरसोनिक प्रवाह में, हालांकि, दबाव की गड़बड़ी अपस्ट्रीम का प्रचार नहीं कर सकती है। इस प्रकार, जब द्रव अंत में उस वस्तु तक पहुंच जाता है, तो यह उस पर हमला करता है और द्रव को इसके गुणों को बदलने के लिए मजबूर किया जाता है - तापमान , घनत्व , दबाव , और मच संख्या - एक अत्यंत हिंसक और अपरिवर्तनीय फैशन ने शॉक वेव कहा। उच्च-प्रवाह वेग ( रेनॉल्ड्स संख्या देखें) तरल पदार्थ के संपीड़ितता प्रभावों के साथ सदमे तरंगों की उपस्थिति, सुपरसोनिक और सबसोनिक वायुगतिकी शासनों के बीच केंद्रीय अंतर है।
हाइपरसोनिक प्रवाह =
वायुगतिकी में, हाइपरसोनिक गति गति होती है जो अत्यधिक सुपरसोनिक होती हैं।1970 के दशक में, यह शब्द आम तौर पर मच 5 (ध्वनि की गति से 5 गुना) और उससे अधिक की गति को संदर्भित करने के लिए आया था।हाइपरसोनिक शासन सुपरसोनिक शासन का एक सबसेट है।हाइपरसोनिक प्रवाह को एक सदमे की लहर, चिपचिपा बातचीत और गैस के रासायनिक पृथक्करण के पीछे उच्च तापमान प्रवाह की विशेषता है।
संबंधित शब्दावली
असंगत और संपीड़ित प्रवाह शासन कई संबद्ध घटनाओं का उत्पादन करते हैं, जैसे कि सीमा परतें और अशांति।
सीमा परतें
सीमा परत की अवधारणा वायुगतिकी में कई समस्याओं में महत्वपूर्ण है।हवा में चिपचिपाहट और द्रव घर्षण केवल इस पतली परत में महत्वपूर्ण होने के रूप में अनुमानित है।यह धारणा इस तरह के वायुगतिकी के विवरण को गणितीय रूप से बहुत अधिक ट्रैक्टेबल बनाती है।
अशांति =
वायुगतिकी में, अशांति को प्रवाह में अराजक संपत्ति परिवर्तन की विशेषता है।इनमें कम गति प्रसार, उच्च गति संवहन, और अंतरिक्ष और समय में दबाव और प्रवाह वेग की तेजी से भिन्नता शामिल है।प्रवाह जो अशांत नहीं है, उसे लामिनार फ्लो कहा जाता है।
अन्य क्षेत्रों में वायुगतिकी
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इंजीनियरिंग डिजाइन =
एरोडायनामिक्स वाहन डिजाइन का एक महत्वपूर्ण तत्व है, जिसमें रोड कार और ट्रक शामिल हैं, जहां मुख्य लक्ष्य वाहन ड्रैग गुणांक , और रेसिंग कारों ,जहां ड्रैग को कम करने के अलावा लक्ष्य भी डाउनफोर्स के समग्र स्तर को बढ़ाने के लिए है[21] वायुगतिकी नौकायन जहाजों पर अभिनय करने वाले बलों और क्षणों की भविष्यवाणी में भी महत्वपूर्ण है।इसका उपयोग हार्ड ड्राइव हेड जैसे यांत्रिक घटकों के डिजाइन में किया जाता है। स्ट्रक्चरल इंजीनियर्स एरोडायनामिक्स के लिए रिज़ॉर्ट, और विशेष रूप से एयरोलेस्टिकिटी , जब बड़ी इमारतों के डिजाइन में पवन लोड की गणना करते हैं, ब्रिज एस, और पवन टरबाइन
आंतरिक मार्ग के वायुगतिकी हीटिंग/वेंटिलेशन , गैस पाइपिंग में महत्वपूर्ण है, और ऑटोमोटिव इंजन में जहां विस्तृत प्रवाह पैटर्न इंजन के प्रदर्शन को दृढ़ता से प्रभावित करते हैं।
पर्यावरण डिजाइन =
शहरी वायुगतिकी का अध्ययन टाउन प्लानर्स द्वारा किया जाता है और डिजाइनर एमेनिटी को बाहरी स्थानों में सुधारने के लिए, या शहरी प्रदूषण के प्रभावों को कम करने के लिए शहरी माइक्रोकलाइमेट बनाने की मांग करते हैं।पर्यावरणीय वायुगतिकी का क्षेत्र उन तरीकों का वर्णन करता है जिनमें वायुमंडलीय परिसंचरण और उड़ान यांत्रिकी पारिस्थितिक तंत्र को प्रभावित करते हैं।
एरोडायनामिक समीकरणों का उपयोग संख्यात्मक मौसम भविष्यवाणी में किया जाता है।
बॉल-कंट्रोल खेल में
जिन खेलों में वायुगतिकी महत्वपूर्ण महत्व के हैं, उनमें सॉकर , टेबल टेनिस , क्रिकेट , बेसबॉल , और गोल्फ शामिल हैं#इन स्पोर्ट | मैग्नस इफेक्ट ]]।
See also
- Aeronautics
- Aerostatics
- Aviation
- Insect flight – how bugs fly
- List of aerospace engineering topics
- List of engineering topics
- Nose cone design
- Fluid dynamics
- Computational fluid dynamics
References
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- ↑
एक सबसोनिक समस्या को हल करने में, वायुगतिकीय द्वारा किए जाने वाले एक निर्णय यह है कि क्या संपीड़ितता के प्रभावों को शामिल करना है।संपीड़ितता प्रवाह में घनत्व के परिवर्तन की मात्रा का विवरण है।जब समाधान पर संपीड़ितता के प्रभाव छोटे होते हैं, तो यह धारणा कि घनत्व स्थिर है।समस्या तब एक असंगत कम गति वाले वायुगतिकी समस्या है।जब घनत्व को अलग -अलग होने की अनुमति दी जाती है, तो प्रवाह को संपीड़ित कहा जाता है।हवा में, आमतौर पर संपीड़ितता प्रभाव को नजरअंदाज कर दिया जाता है जब प्रवाह में मच संख्या 0.3 (लगभग 335 फीट (102 & nbsp; m) प्रति सेकंड या 228 मील (366 & nbsp; किमी) प्रति घंटे 60 & nbsp; ° F (16 & nbsp;° C))।मच 0.3 के ऊपर, समस्या प्रवाह को संपीड़ित वायुगतिकी का उपयोग करके वर्णित किया जाना चाहिए।
सबसोनिक प्रवाह =
सबसोनिक (या कम-गति) वायुगतिकी प्रवाह में द्रव गति का वर्णन करता है जो प्रवाह में हर जगह ध्वनि की गति से बहुत कम हैं।सबसोनिक प्रवाह की कई शाखाएँ हैं, लेकिन एक विशेष मामला तब उत्पन्न होता है जब प्रवाह Inviscid , अयोग्य और irrotational है।इस मामले को संभावित प्रवाह कहा जाता है और विभेदक समीकरण की अनुमति देता है जो प्रवाह का वर्णन द्रव डायनेमिक्स के समीकरणों का एक सरलीकृत संस्करण होने के लिए करता है, इस प्रकार एरोडायनामिक को उपलब्ध कराता है।<ref name=": ०{{cite book|last=Katz|first=Joseph|title=Low-speed aerodynamics: From wing theory to panel methods|series=McGraw-Hill series in aeronautical and aerospace engineering|year=1991|publisher=McGraw-Hill |location=New York|isbn=0-07-050446-6|oclc=21593499}}
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Further reading
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External links
- NASA Beginner's Guide to Aerodynamics
- Aerodynamics for Students
- Aerodynamics for Pilots
- Aerodynamics and Race Car Tuning
- Aerodynamic Related Projects Archived 2018-12-13 at the Wayback Machine
- eFluids Bicycle Aerodynamics
- Application of Aerodynamics in Formula One (F1)
- Aerodynamics in Car Racing
- Aerodynamics of Birds Archived 2010-03-24 at the Wayback Machine
- NASA Aerodynamics Index
