空氣動力學

空氣動力學（英語：Aerodynamics），是流體力學與氣體動力學的一個分支，主要研究物體在空氣中運動時所產生的各種力。空氣動力學與氣體動力學常常混用，但後者研究的氣體不局限於空氣。空氣動力學為流體力學在工程上的應用力學，特別討論在馬赫數大於0.3的流場情形。

空氣動力學因為討論的狀況接近真實流體，考慮了真實流體的黏滯性、可壓縮性、三維運動等特點，所以得到的計算方程式比較複雜，通常為非線性的偏微分方程式形式。這種方程在絕大多數的情況下都難以求得解析解的，加之早期計算技術還比較落後，所以當時大多是以實驗的方式來求得所需的數據。

隨着計算機技術的迅速發展^[1]，使用計算機進行大量數值運算來求解空氣動力學方程式成為可能。利用數值法以及計算流體力學方法，可以求出非線性偏微分方程的數值解，得到所需要的各種數據，從而省去了大量的實驗成本。由於數學模型的不斷完善以及計算機計算能力的不斷提高，現在已經可以採用電腦模擬流場的方式來取代部分空氣動力學實驗。

基本概念

連續性假設

氣體是由微觀上不斷作熱運動並相互碰撞的分子組成的。然而在空氣動力學中，氣體被假定為連續的。這是因為氣體的各種性質如密度、壓力、溫度以及速度在無限小的點上有很好的定義，而且從一點到另一點是連續變化的。氣體的離散性和原子性可以忽略不計，所以從宏觀上來講，氣體是可以被看成具有連續性的物質。當然氣體非常稀薄時，連續性假設不再成立，此時採用統計力學研究是一種更好的選擇。

守恆定律

空氣動力學問題的求解依賴於氣體在三個方面的守恆：

質量守恆：只有在氣體的速度高至必須考慮相對論效應時此定律才會失效。

動量守恆：由牛頓第二定律推導可得。

能量守恆：在不考慮粘性時，即機械能守恆；在必須考慮粘性的情況下，即機械能和熱能的守恆。

其他領域中的空氣動力學

除航空航天外，空氣動力學在其他領域也有非常重要的應用。在包括汽車在內的所有交通工具的設計中，它都是一個很重要的因素^[2]。大型建築物涉及到風載荷，市內空氣動力學研究城市的微氣候環境，環境空氣動力學研究大氣環流和飛行對生態系統的影響。還有引擎設計所涉及的熱流和內流也是空氣動力學非常重要的一個方面。

分支學科

空氣動力問題可以藉由流體速度與音速的大小關係而劃分。當流體速度低於音速時，即為亞音速；當流體速度接近或略超過音速（通常是特徵速度約略等於音速），即為跨音速；超音速是當流動速度大於音速時的情況；極音速是指流體速度較音速還高出許多的狀態。空氣動力學者對於極音速的精準定義持不同意意見，但這個詞通常指的是5馬赫（5倍音速）或更高的速度。

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