La aerodinámica , del griego ἀήρ aero (aire) + δυναμική (dinámica), es el estudio del movimiento del aire, particularmente cuando se ve afectado por un objeto sólido, como el ala de un avión. Incluye temas cubiertos en el campo de la dinámica de fluidos y su subcampo de dinámica de gases . El término aerodinámica a menudo se usa como sinónimo de dinámica de gases, con la diferencia de que "dinámica de gases" se aplica al estudio del movimiento de todos los gases, y no es limitado al aire. El estudio formal de la aerodinámica comenzó en el sentido moderno en el siglo XVIII, aunque las observaciones de conceptos fundamentales como la resistencia aerodinámicase registraron mucho antes. La mayoría de los primeros esfuerzos en aerodinámica se dirigieron a lograr un vuelo más pesado que el aire , que fue demostrado por primera vez por Otto Lilienthal en 1891. [1] Desde entonces, el uso de la aerodinámica a través del análisis matemático , aproximaciones empíricas, experimentación en túnel de viento y Las simulaciones por computadora han formado una base racional para el desarrollo de vuelos más pesados que el aire y una serie de otras tecnologías. El trabajo reciente en aerodinámica se ha centrado en cuestiones relacionadas con el flujo compresible , la turbulencia y las capas límite y se ha vuelto cada vez másde naturaleza computacional .
La aerodinámica moderna solo se remonta al siglo XVII, pero los seres humanos han aprovechado las fuerzas aerodinámicas durante miles de años en veleros y molinos de viento, [2] y las imágenes e historias de vuelo aparecen a lo largo de la historia registrada, [3] como la antigua leyenda griega de Ícaro y Dédalo . [4] Los conceptos fundamentales de continuo , arrastre y gradientes de presión aparecen en el trabajo de Aristóteles y Arquímedes . [5]
En 1726 , Sir Isaac Newton se convirtió en la primera persona en desarrollar una teoría de la resistencia del aire, [6] convirtiéndolo en uno de los primeros aerodinámicos. El matemático holandés - suizo Daniel Bernoulli siguió en 1738 con Hydrodynamica en el que describió una relación fundamental entre la presión, la densidad y la velocidad del flujo para el flujo incompresible conocido hoy como el principio de Bernoulli , que proporciona un método para calcular la sustentación aerodinámica. [7] En 1757, Leonhard Euler publicó las ecuaciones de Euler más generales que podría aplicarse tanto a flujos compresibles como incompresibles. Las ecuaciones de Euler se ampliaron para incorporar los efectos de la viscosidad en la primera mitad del siglo XIX, lo que dio como resultado las ecuaciones de Navier-Stokes . [8] [9] Las ecuaciones de Navier-Stokes son las ecuaciones de gobierno más generales del flujo de fluidos, pero son difíciles de resolver para el flujo alrededor de todas las formas excepto las más simples.
En 1799, Sir George Cayley se convirtió en la primera persona en identificar las cuatro fuerzas aerodinámicas del vuelo ( peso , sustentación , arrastre y empuje ), así como las relaciones entre ellas, [10] [11] y, al hacerlo, trazó el camino . hacia el logro de vuelos más pesados que el aire para el próximo siglo. En 1871, Francis Herbert Wenham construyó el primer túnel de viento , lo que permitió mediciones precisas de las fuerzas aerodinámicas. Las teorías drag fueron desarrolladas por Jean le Rond d'Alembert , [12] Gustav Kirchhoff , [13] y Lord Rayleigh .[14] En 1889, Charles Renard , un ingeniero aeronáutico francés, se convirtió en la primera persona en predecir razonablemente la potencia necesaria para un vuelo sostenido. [15] Otto Lilienthal , la primera persona en tener un gran éxito con los vuelos de planeadores, también fue el primero en proponer perfiles aerodinámicos delgados y curvos que producirían una gran sustentación y una baja resistencia. Sobre la base de estos desarrollos, así como de la investigación realizada en su propio túnel de viento, los hermanos Wright volaron el primer avión propulsado el 17 de diciembre de 1903.
Durante la época de los primeros vuelos, Frederick W. Lanchester , [16] Martin Kutta y Nikolai Zhukovsky crearon de forma independiente teorías que conectaban la circulación de un flujo de fluido con la elevación. Kutta y Zhukovsky continuaron desarrollando una teoría del ala bidimensional. Ampliando el trabajo de Lanchester, a Ludwig Prandtl se le atribuye el desarrollo de las matemáticas [17] detrás de las teorías de la superficie aerodinámica delgada y la línea de sustentación, así como el trabajo con las capas límite .