آیرودینامیک یا aerodynamics مرکب از دو کمله aero و dynamics می باشد که هر دو کلمه ریشه ای یونانی دارند.

در فرهنگ لغت آکسفورد راجع به کلمه aero چنین آمده است :
connected with air or aircraft
یعنی هر چیزی که مربوط به هوا یا هر شی پرنده باشد را آئرو گویند.


همچنین در مورد لغت dynamics چنین آمده :
The science of the forces involved in movement.
یعنی علم نیروهایی که به حرکت می پردازند.


بنابراین با توجه به موارد فوق همانطور که از معنای دو کلمه استنباط می شود، علم آیرودینامیک به حرکت هوا و نیروهایی که به یک شی متحرک نسبت هوا اعمال می شود می پردازد. چون پرواز هواپیماها بر اساس قوانین این علم استوار است از این رو آنرا تئوری پروز نیز می نامند. با مطالعه ی آیرودینامیک یاد می گیریم که یک هواپیما چرا و چگونه به پرواز درمی آید. گرچه آیرودینامیک یک بحث بسیار پیچیده است اما بررسی قوانین پایه که بر پرواز یک هواپیما حکومت می کنند، هیجان انگیز و یک تجربه ی ارزشمند محسوب می شود.

برای اینکه بتوانیم قوانین آیرودینامیک را بهتر درک کنیم ابتدا لازم است قسمتی از خواص فیزیکی هوا را که به منزله ی پایه ی این علم است مورد بحث قرار دهیم :

اتمسفر (atmosphere) :

توده ی هوایی که تا ارتفاع تقریبی 500 مایلی اطراف کره ی زمین را فرا گرفته است اتمسفر یا جو نامیده می شود. قسمت عمده اتمسفر را هوا تشکیل می دهد که مخلوطی است از دو گاز اکسیژن و ازت که درصد حجمی آنها به ترتیب در حدود 21 و 78 درصد می باشد. یک درصد بقیه اتمسفر را گازهای نسبتا کمیاب از قبیل آرگون، نئون، هلیوم و هیدروژن تشکیل می دهد. همچنین قابل ذکر است که همیشه مقداری بخار آب و گاز کربنیک نیز در آن یافت می شود.

فشار هوا (air pressure) :

قبل از اینکه درباره ی فشار هوا صحبت کنیم لازم است تعریف فشار یادآوری شود. فشار عبارت است از نیرویی که بر واحد سطح وارد می شود. مثلا اگر جسمی به وزن 10 پوند دارای سطح اتکائی برابر 5 اینچ مربع باشد، می گوئیم فشاری که به سطح اتکا وارد می سازد برابر است با نیروی وارد شده (یعنی 10 پوند) تقسیم بر سطح اتکا (یعنی 5 اینچ مربع) و این بدان معنا است که نیرویی که بر یک اینچ مربع وارد می شود برابر با 2 پوند است. به همین نحو اگر ستونی از هوا به سطح مقطع یک اینچ مربع در نظر بگیریم فشاری که به سطح قاعده آن وارد می شود برابر است با وزن ستون هوایی که بالای سطح قاعده قرار دارد. از همین جا نتیجه می گیریم که هرچقدر از سطح زمین بالاتر برویم فشار هوا کمتر خواهد شد زیرا از ارتفاع ستون هوا و بالطبع وزن آن کاسته می شود.

درجه حرارت هوا (air temperature):

هرچقدر از سطح زمین بالاتر برویم از حرارت هوا کاسته می شود تا اینکه در ارتفاع 38 هزارپایی تقریبا به 56/5- درجه ی سانتی گراد می رسد و از آن به بعد تا ارتفاع تقریبی 100 هزار پایی ثابت مانده و سپس باز هم تغییر می کند. تغییرات درجه حرارت هوا در ارتفاعات بر حسب نقاط مختلف زمین فرق می کند. به طور تقریبی درجه حرارت هوا تا ارتفاع 38 هزار پایی به ازا هر هزار پا ارتفاع 1/52 درجه سانتی گراد کاهش می یابد.

غلظت هوا (air viscosity) :

این خاصیت فیزیکی هوا را می توان خاصیت چسبندگی آن نامید. وقتی یک طبقه از هوا می خواهد از روی سطح جسمی یا یک طبقه دیگر هوا عبور کند، اصطکاکی بین آن دو ایجاد می شود و با وجود اینکه به نظر میرسد که چنین حالتی در هوا وجود ندارد عملا وجود داشته و منشا پدیده های مهمی می باشد که در قسمت های بعد درباره ی آنها گفتگو خواهیم کرد.

جرم مخصوص هوا (air density) :

پیش از آنکه درباره ی جرم مخصوص هوا صحبت کنیم، لازم است ابتدا کمی درباره ی جرم مخصوص به طور کلی صبحت نماییم.
اصولا همانطور که میدانید وزن هر جسم تابع قوه جاذبه زمین می باشد و چون مقدار این نیرو در نقاط مختلف زمین به یک میزان نیست لذا وزن مقدار معینی از یک جسم در تمام نقاط کره زمین یکسان نیست. در حوالی قطب شمال و قطب جنوب به علت نزدیک تر بودن جسم به مرکز زمین نیروی جاذبه بیشتر و در نتیجه وزن بیشتر خواهد بود، در حالی که همان جسم در حوالی خط استوا به علت دورتر بودن از مرکز زمین وزن کمتری خواهد داشت. برای فهم بهتر این موضوع به عکس زیر دقت کنید:





همینطور وزن یک جسم بر حسب ارتفاع و دوری از سطح زمین تغییر خواهد کرد به طوریکه در ارتفاع معینی از سطح زمین دیگر جسم وزنی نداشته و به اصطلاع حالت بی وزنی پیدا می کند ولی در تمام این حالات مقدار ماده یا تعداد اتم های تشکیل دهنده ی جسم ثابت می ماند. در اصطلاح علمی این مقدار ثابت را جرم جسم یا mass می نامند.

چگالی ((density :

مقدار جرمی که در واحد حجم یک جسم وجود دارد، جرم مخصوص یا چگالی و یا دانسیته گویند.

عوامل موثر در چگالی هوا

اصولا چگالی هوا با هرگونه عامل مانند رطوبت، فشار و حرارت که مولکول های هوا را به هم نزدیک یا دور کند بستگی دارد که در ذیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت :

اثر فشار :

هر چقدر فشار هوا کمتر باشد فاصله ی مولکول های آن از یکدیگر بیشتر شده و بدین ترتیب از جرم مخصوص آن کاسته می شود و باالعکس زیاد شدن فشار موجب افزایش جرم مخصوص هوا خواهد شد.

اثر حرارت :

زیاد شدن حرارت موجب زیاد شدن حجم هوا شده و اگر هوا در محفظه سر بسته نباشد (مانند هوای آزاد)، از چگالی آن کاسته می شود و باالعکس کم شدن درجه حرارت باعث افزایش چگالی هوا می شود.

اثر رطوبت :

در تمام حالات قبل فرض بر این بود که هوا کاملا خشک و عاری از هرگونه رطوبت باشد. البته این فرض با حقیقت تطابق نمی نماید زیرا همواره مقداری بخار آب در هوا موجود است. اگر مقدار رطوبت موجود در هوا کم باشد می توان از آن صرف نظر و لیکن در غیر این صورت بسته به مقدار آن ممکن است در قابلیت پروازی هواپیما تأثیر مهمی داشته باشد.
اصولاً بخار آب از دو گاز اکسیژن و هیدروژن ترکیب شده که گاز هیدروژن سبکترین گازها در طبیعت می باشد. در نتیجه با توجه به سبک بودن هیدروژن چگالی بخار آب کمتر از هوای خشک بوده و از این رو وجود آن در هوا موجب پایین آوردن چگالی هوا می شود.

جریانات صعودی و نزولی هوا up and down current) ) :

انعکاس حرارتی که قسمت های مختلف سطح زمین در اثر تابش خورشید از خود نشان می دهند یکسان نیست و بستگی به جنس پوشش زمین در هر منطقه دارد مثلا تشعشع حرارتی یک کوه مستور از جنگل با یک کوه خشک و بی علف و یا زمین شنزار با مرتع سبز و یا دریا و غیره با یکدیگر اختلاف دارند. در اثر این تشعشعات ستون هایی از هوا در اثر تماس با سطح زمین گرم شده و می خواهند صعود کنند و چون سرعت این ستون های عمودی جریان هوا بستگی به نوع زمین دارد هواپیما ضمن پرواز با این ستون ها برخورد کرده و بر حسب شدت و ضعف آنها به بالا و پایین حرکت می نماید. این نوع هوا را در اصطلاح تکان دار یا bumpy می نامند.

این بحث ها پیش نیازی برای شروع آیرودینامیک بود. امیدوارم که مورد قبول دوستان واقع بشه.
در آینده به بحث های اصلی آیرودینامیک خواهیم پرداخت.