Aerodynamik

Aerodynamik ist das Wissenschafts- und Ingenieurbereich, der sich mit der Bewegung von Luft und ihrer Wechselwirkung mit bewegten oder ruhenden Körpern befasst. Zentrale Fragestellungen sind, wie Luftströme Kräfte erzeugen, wie diese Kräfte gemessen und vorhergesagt werden und wie Formen und Oberflächen Strömung beeinflussen.

Die wichtigsten Kraftkomponenten im Aerodynamikkontext sind Auftrieb und Widerstand. Auftrieb entsteht durch Druckunterschiede über und unter einer Kontur, getragen von der Wechselwirkung zwischen Luftströmung, Form und Anstellwinkel. Der Widerstand umfasst Form- und Reibungswiderstand und wird von Form, Oberflächenrauheit und Strömungsturbulenz beeinflusst. Moderne Aerodynamik beruht auf den Navier–Stokes-Gleichungen und der Grenzschichttheorie; vereinfachte Erklärungen verweisen oft auf das Bernoulli-Prinzip, das Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse verbindet.

Eine zentrale Rolle spielen Tragflächen oder luftführende Konturen, wobei der Auftrieb maßgeblich vom Anstellwinkel, der Profilform (Camber) und dem Druckverlauf abhängt. Bei zu hohem Anstellwinkel kann es zu Strömungsablösung, Instabilität und Stall kommen. Zwischen Drag-Arten unterscheidet man parasitären Widerstand (Form- und Reibungswiderstand) und induzierten Widerstand, der mit Auftrieb verbunden ist.

Zur Analyse werden Windkanäle, Mess- und Visualisierungsmethoden sowie numerische Verfahren wie Computational Fluid Dynamics (CFD) eingesetzt. Relevante Größen sind der Auftriebskoeffizient, der Widerstandskoeffizient und die Reynolds-Zahl, die das Strömungsverhalten in verschiedenen Größenordnungen charakterisiert.

Anwendungen der Aerodynamik finden sich in der Luftfahrt, im Automobilbau, in Windturbinen, im Schiffbau sowie in Sport- und Gebäudeplanungen, etwa zur Reduktion von Windlasten oder zur Optimierung von Energieeffizienz.