空气动力学

阻力是指流动液体或气体产生阻碍流动的内部剪切应力的能力。在空气中，阻力通常小于惯性力，这种情况会导致流动不稳定和湍流。

空气动力学是工程学的一个分支，主要研究运动中的气态流体（通常是空气），特别是这种运动对刚体或柔性物体的影响。作用在空气中运动的物体表面上的力，或（两者是同一个东西）空气流过静止物体时产生的压力，主要受物体的形状和大小、流动的相对速度以及气体的密度、阻力和压缩性的影响。

阻力是指流动的液体或气体产生阻碍流动的内部剪切应力的能力。在空气中，粘性力通常比惯性力小，这种情况会导致流动不稳定和湍流。因此，地球粗糙表面附近的风通常是湍流，飞行中飞机外壳旁边的薄边界层中的流动也是如此。湍流问题从未得到完全解决，尽管对于大多数工程目的而言，其影响是可以合理预测的。

空气的压缩性决定了声速或压力变化通过流场传播的速度。海平面的声速约为每秒 340 米，平流层的声速约为每秒 296 米。如果物体的速度超过声速，流动模式就会发生剧烈变化，压力波往往会堆积成冲击波。马赫数是物体速度与声速的比率。设计用于跨音速和超音速（马赫数接近或大于 1）飞行的高效飞机外形仍然是空气动力学中最具挑战性的问题之一。

阻力和压缩性是理论空气动力学中最棘手的因素，本世纪空气动力学的稳步发展只有通过实验和理论研究的密切结合才有可能实现。风洞是空气动力学家的主要实验室工具，是一种专门设计的管道或导管，空气在其中以精确控制的条件流动。

加拿大大学的许多工程系都有小型或中型风洞，用于各种研究目的。大型通用风洞（适用于研究飞机和道路车辆的空气动力学设计问题，以及测试大型工程结构模型）的设计和建造成本通常高达数千万美元，而且相对罕见。加拿大最大的风洞位于渥太华国家研究委员会：其中一条风洞的速度可达 55 米/秒，测试段面积为 9 平方米；另一条风洞的测试段面积为 1.5 平方米，速度可达音速的 4 倍。

大型风洞设计是一个高度专业的领域，加拿大咨询工程公司 DSMA International 在该领域享誉全球。DSMA 的工程师已设计并监督建造了许多风洞，用于北美、欧洲和亚洲的汽车研究和高速和低速飞机开发。 飞机设计的需求推动了空气动力学领域的许多进步。例如，加拿大德哈维兰飞机有限公司设计了一系列著名的短距起降飞机：德哈维兰 Beaver、Otter Twin Otter、Dash 7和 Dash 8。德哈维兰的成功部分归功于该公司在高升力襟翼系统设计以及在异常低飞行速度下保持精确控制的方法方面的稳步进步。

然而，空气动力学的应用远远超出了航空学的需要。例如，西安大略大学率先开发了一种专门的风洞，它有一个非常长的测试段，用来模拟地球表面自然风的湍流特性。它被用来检查大型建筑的设计，包括世界上一些最高的建筑。

不列颠哥伦比亚大学和蒙克顿大学以及位于圭尔夫和埃德蒙顿的私人咨询公司 Morrison Hershfield Ltd 都拥有这种类型的风洞，用于研究鸟类飞行、农药喷雾扩散和雪飘等问题。NRC 的大型风洞已用于测量下坡滑雪者、汽车、高层建筑、模型船舶和火车、柔性体育场屋顶、海上石油平台、雪地摩托、摩托车和降落伞的压力和空气动力，以及几乎所有在加拿大设计的飞机。