空气动力学

空气动力学（英语：Aerodynamics），是流体力学与气体动力学的一个分支，主要研究物体在空气中运动时所产生的各种力。空气动力学与气体动力学常常混用，但后者研究的气体不局限于空气。空气动力学为流体力学在工程上的应用力学，特别讨论在马赫数大于0.3的流场情形。

空气动力学因为讨论的状况接近真实流体，考虑了真实流体的黏滞性、可压缩性、三维运动等特点，所以得到的计算方程式比较复杂，通常为非线性的偏微分方程式形式。这种方程在绝大多数的情况下都难以求得解析解的，加之早期计算技术还比较落后，所以当时大多是以实验的方式来求得所需的数据。

随着计算机技术的迅速发展^[1]，使用计算机进行大量数值运算来求解空气动力学方程式成为可能。利用数值法以及计算流体力学方法，可以求出非线性偏微分方程的数值解，得到所需要的各种数据，从而省去了大量的实验成本。由于数学模型的不断完善以及计算机计算能力的不断提高，现在已经可以采用电脑模拟流场的方式来取代部分空气动力学实验。

基本概念

连续性假设

气体是由微观上不断作热运动并相互碰撞的分子组成的。然而在空气动力学中，气体被假定为连续的。这是因为气体的各种性质如密度、压力、温度以及速度在无限小的点上有很好的定义，而且从一点到另一点是连续变化的。气体的离散性和原子性可以忽略不计，所以从宏观上来讲，气体是可以被看成具有连续性的物质。当然气体非常稀薄时，连续性假设不再成立，此时采用统计力学研究是一种更好的选择。

守恒定律

空气动力学问题的求解依赖于气体在三个方面的守恒：

质量守恒：只有在气体的速度高至必须考虑相对论效应时此定律才会失效。

动量守恒：由牛顿第二定律推导可得。

能量守恒：在不考虑粘性时，即机械能守恒；在必须考虑粘性的情况下，即机械能和热能的守恒。

其他领域中的空气动力学

除航空航天外，空气动力学在其他领域也有非常重要的应用。在包括汽车在内的所有交通工具的设计中，它都是一个很重要的因素^[2]。大型建筑物涉及到风载荷，市内空气动力学研究城市的微气候环境，环境空气动力学研究大气环流和飞行对生态系统的影响。还有引擎设计所涉及的热流和内流也是空气动力学非常重要的一个方面。

分支学科

空气动力问题可以借由流体速度与音速的大小关系而划分。当流体速度低于音速时，即为亚音速；当流体速度接近或略超过音速（通常是特征速度约略等于音速），即为跨音速；超音速是当流动速度大于音速时的情况；极音速是指流体速度较音速还高出许多的状态。空气动力学者对于极音速的精准定义持不同意意见，但这个词通常指的是5马赫（5倍音速）或更高的速度。

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