Az aerodinamika
A légáramlás és a levegőben történő mozgás tudománya A légáramlás és a levegőben történő mozgás tudománya. Más gázokra is alkalmazható, és része az általánosabb érvényű hidrodinamikának. Az aerodinamikai elvek megmagyarázzák a repülés jelenségét. A repülőgép szárnyának alakja és irányítottsága (görbült felső felület, lefelé döntött szárnyhelyzet) következtében a szárny fölötti levegő gyorsabban halad, és így alacsonyabb nyomású (a Bernoulli-törvény következtében). A nyomáskülönbség felhajtóerőt biztosít. Az így nyerhető felhajtóerő növekszik a szárny hosszúságával (fesztávolságával), de csökken a repülési magassággal. A repülőgép mozgása a levegőben olyan erőt kelt, ami fékezőleg hat. Ez a közegellenállás, ami függ a repülőgép méretétől és alakjától. A repülőgép felülete mentén a súrlódás hátráltatja a légáramlást; az így létrejövő fékezőhatás a súrlódási közegellenállás. Ez felmelegedést okoz, ami néha szélsőségesen nagy mértékű lehet, mint pl. az űrjárművek visszatérésénél. A súrlódásból eredő veszteségek növekednek a szárnyfelület és a sebesség növekedésével és csökkennek a repülési magasság növekedésével.
A hang terjedésisebessége (Ma=1, kb A hang terjedésisebessége (Ma=1, kb. 331,5 m/s) fölötti sebességeknél a levegőt már nem lehet összenyomhatatlannak tekinteni, és így más szabályok lépnek érvénybe, ezeket tárgyalja a szuperszonikus aerodinamika. A hangsebesség elérésekor a repülőgép átlépi a "hanghatárt", ami a közegellenállás rendkívüli növekedésével jár együtt. A szuperszonikus légellenállást csökkenteni lehet vékony, hátrafelé hajtott szárnyakkal, amely a katonai vadászgépekre jellemző. A hangsebesség átlépésekor a repülőgépek hangrobbanásokat keltenek; ezek a gépet körülvevő levegőben keletkező nagy sűrűségű lökéshullámok, amelyek azért jönnek létre, mert a repülőgép megelőzi saját hanghullámát, miközben új hanghullámokat is kelt.
A légi járművekre ható közegellenállás megnöveli az üzemanyag-fogyasztást. Az épületek és a hidak a szél hatására kilenghetnek. Ezek a hatások - amelyeket figyelembe kell venni a tervezéskor - minimalizálhatók a légáramlás felől nézett alak helyes kialakításával. A szélcsatornák lehetővé teszik, hogy a méretarányosan kicsinyített modelleket szimulált légköri jelenségeknek tegyék ki, és így a tervezett forma aerodinamikai tulajdonságai meghatározhatók. Különösen fontosak a rendellenes légáramlási jelenségek, pl. a turbulencia és az örvények.
Kísérletek
Egyensúlyozzunk ki mérlegen egy ferde helyzetű merev lapot, majd helyezzük vízszintes áramlásba (V.66. ábra)! (Megfelelő légáram létrehozására legalkalmasabb egy szélcsatorna, de próbálkozhatunk egy nagyobb teljesítményű porszívóval is.) A mérleg egyensúlya a nyíl irányában megbomlik - jelezve ezzel, hogy a lapra emelőerő is hat. A lapot a vízszinteshez képest különböző szögű helyzetbe állítva, a mérleg egyensúlyi helyzetének visszaállításával kimérhetjük, hogy hogyan függ az emelőerő a dőlésszögtől.
Végezzük el a kísérletet egy Zsukovszkij-profillal is (V. 67. ábra) Végezzük el a kísérletet egy Zsukovszkij-profillal is (V.67. ábra)! A kísérlet mutatja, hogy a Zsukovszkij-profilra sokkal nagyobb emelőerő hat, mint a sima lapra. Megállapítható az is, hogy a Zsukovszkij-profilra még kis negatív dőlésszögek esetén (-2, -5°) is hat emelőerő.
Az emelőerő és a közegellenállási erő együttes mérése A közegellenállási erő és a felhajtóerő viszonya fontos jellemzője a repülőgépeknek, ill. repülőgép szárnyaknak. Az V.68. ábrán látható ún. kétkomponensű mérleggel a két erőt egyszerre mérhetjük. A mérleg egy mind vízszintes, mind függőleges tengely körül könnyen elforduló rúdból, valamint az ehhez rögzített erőmérőkből áll. A vizsgált testeket a tengelyhez pl. a 26.2. kísérletben leírt módon rögzíthetjük. Az eszközzel végzett kísérletek mutatják, hogy az emelőerő/közegellenállási erő arány a Zsukovszkij- profilra vonatkozóan a legnagyobb