Аэродинамика - раздел механики сплошных сред, в котором изучаются закономерности движения воздуха и других газов, а также характеристики тел, движущихся в воздухе.

К аэродинамическим характеристикам тел относятся подъемная сила и сила сопротивления и их распределения по поверхности, а также тепловые потоки к поверхности тела, вызванные его движением в воздухе.

Подъёмная сила — составляющая полной аэродинамической силы, перпендикулярная вектору скорости движения тела в потоке жидкости или газа, возникающая в результате несимметричности обтекания тела потоком. 

Приближённо возникновение подъёмной силы можно объяснить тем, что ввиду наличия инерции и вязкости у обтекающего крыло газа при ненулевом угле атаки с одной стороны крыла образуется разрежение, а с другой сжатие. Газу со стороны положительного угла атаки необходимо ускориться, преодолев инерцию, чтобы догнать «убегающую» поверхность крыла, а с другой стороны сжаться под воздействием набегающей поверхности.

Теорема Жуковского:  величина подъёмной силы пропорциональна плотности среды, скорости потока и циркуляции скорости потока

где  ρ_∞ и v_∞- плотность рабочего тела и скорость в невозмущенном потоке;
Г - циркуляция скорости по контуру вокруг обвода наружной поверх­ности профиля.

При движении в воздушном потоке над крылом давление меньше, чем под ним. Из-за этой разницы возникает подъемная сила. Она выталкивает крыло самолета и, соответственно, сам самолет вверх. Чем скорость выше, тем подъемная сила больше.

Подъемную силу одиночного профиля или решетки определяют экспериментально, представляя выраже­ние для подъемной силы в виде

Появление в потоке сопротивления движению тела связано с действием сил давления и вязкого трения. Сила сопротивления, обычно называемая си­лой лобового сопротивления, складывается из силы сопротивления давления (сопротивление формы) и сопротивления трения:

Аэродинамическое качество (C_y/C_x) – это отношение подъёмной силы к силе лобового сопротивления. Максимальное качество достигается на определённом угле атаки.

График подъёмной силы

На данном рисунке изображен график подъёмной силы для симметричного профиля, потому что нулевому углу атаки соответствует нулевой С_у.

Из графика видно, что С_у растёт пропорционально росту угла атаки вплоть до С_{у макс}, что соответствует «критическому» углу атаки. При дальнейшем увеличении угла атаки плавное обтекание профиля становится невозможным. Происходит срыв потока и подъёмная сила уменьшается.

При полёте на заданном угле атаки, условием постоянства подъёмной силы, есть постоянство скоростного напора. Если самолёт попадает в зону меньшей плотности воздуха, то скорость полёта должна быть увеличена для сохранения скоростного напора. Плотность воздуха уменьшается не только при подъёме на высоту, но и при увеличении температуры на той же высоте полёта. Попав в такие условия, самолёт оказывается как бы на более большой высоте, по условиям полёта.

Лобовое сопротивление – это составляющая полной аэродинамической силы, действующая параллельно направлению движения самолета (направлению движения невозмущённого потока воздуха).

Аэродинамическое качество (L/D ratio).

Оценка эффективности создания подъёмной силы производится с помощью отношения между подъёмной силой и лобовым сопротивлением.

На рисунке показано, что аэродинамическое качество увеличивается при росте угла атаки примерно до 4º. Этот угол называется «наивыгоднейшим» (optimum). При дальнейшем увеличении угла атаки качество уменьшается.