อากาศพลศาสตร์

วังวนถูกสร้างขึ้นโดยแนวทางผ่านของปีกเครื่องบินเผยให้เห็นควันม้วนตัวอยู่ กระแสลมวน เป็นส่วนหนึ่งของปรากฏการณ์มากมายที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาของอากาศพลศาสตร์ กระแสลมวนถูกสร้างขึ้นโดยความแตกต่างของความดันระหว่างพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของปีก อากาศจะไหลจากบริเวณความดันสูงด้านล่างของปีกไปสู่บริเวณความดันที่ต่ำกว่าที่อยู่ด้านบนพื้นผิวของปีก

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) และชั้นขอบเขต (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

ดูเพิ่ม

• การเดินอากาศ
• พลศาสตร์ของไหล
• พลศาสตร์ของไหลเชิงคณนา

อ่านเพิ่ม

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 ที่ 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

• Ashley, Holt; Landahl, Marten (1985). Aerodynamics of Wings and Bodies (2nd ed.). Dover Publications. ISBN 0-486-64899-0. OCLC 12021729.
• 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.

แหล่งข้อมูลอื่น

• NASA Beginner's Guide to Aerodynamics
• Aerodynamics for Students
• Aerodynamics for Pilots
• Aerodynamics and Race Car Tuning
• Aerodynamic Related Projects เก็บถาวร 2018-12-13 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• eFluids Bicycle Aerodynamics
• Application of Aerodynamics in Formula One (F1)
• Aerodynamics in Car Racing
• Aerodynamics of Birds เก็บถาวร 2010-03-24 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• NASA Aerodynamics Index