thumb|250px|Póster del Ministerio de Producción Aeronáutica inglés sobre aerodinámica. La aerodinámica es una rama de la dinámica que se ocupa del estudio del movimiento del aire. Es un subcampo de la dinámica de fluidos y la dinámica de gases, y el término «aerodinámica» se utiliza a menudo para referirse a la dinámica de fluidos.
Los primeros registros de conceptos aerodinámicos fundamentales se remontan a los trabajos de Aristóteles y Arquímedes en los siglos y , pero los esfuerzos por desarrollar una teoría cuantitativa del flujo de aire no comenzaron hasta el . En 1726, Isaac Newton se convirtió en uno de los primeros aerodinámicos en el sentido moderno cuando desarrolló una teoría de la resistencia del aire que más tarde se verificó para velocidades de flujo bajas. Los investigadores llevaron a cabo experimentos de resistencia del aire a lo largo de los siglos y , con la ayuda de la construcción del primer túnel de viento en 1871. En su publicación de 1738 Hydrodynamica, Daniel Bernoulli describió una relación fundamental entre la presión, la velocidad y la densidad, ahora denominada principio de Bernoulli, que proporciona un método para explicar el sustentación.
Los trabajos aerodinámicos a lo largo del buscaban lograr el vuelo más pesado que el aire. George Cayley desarrolló el concepto de la aeronave moderna de ala fija en 1799 y, al hacerlo, identificó las cuatro fuerzas fundamentales del vuelo: sustentación, empuje, arrastre, y peso. El desarrollo de predicciones razonables del empuje necesario para propulsar el vuelo, junto con el desarrollo de perfiles aerodinámicos de alta sustentación y baja resistencia, allanó el camino para el primer vuelo propulsado. El 17 de diciembre de 1903, los Wilbur y Orville Wright volaron en la primera aeronave propulsada con éxito. El vuelo, y la publicidad que recibió, dio lugar a una colaboración más organizada entre aviadores y aerodinámicos, abriendo el camino a la aerodinámica moderna.
Los avances teóricos en aerodinámica se realizaron en paralelo a los avances prácticos. Se descubrió que la relación descrita por Bernoulli solo era válida para el flujo incompresible e inviscido. En 1757, Leonhard Euler publicó las ecuaciones de Euler, extendiendo el principio de Bernoulli al régimen de flujo compresible. A principios del , el desarrollo de las ecuaciones de Navier-Stokes amplió las ecuaciones de Euler para tener en cuenta los efectos de la viscosidad. Durante la época de los primeros vuelos, varios investigadores desarrollaron teorías independientes que relacionaban la circulación con la sustentación. Ludwig Prandtl fue uno de los primeros en investigar las capas límite durante esta época.
De la Antigüedad al thumb|Un dibujo de un diseño para una máquina voladora de Leonardo da Vinci (c. 1488). Esta máquina era un ornitóptero, con alas batientes similares a las de un pájaro, presentado por primera vez en su Códice del vuelo de las aves en 1505.
Fundamentos teóricos Aunque la teoría moderna de la ciencia aerodinámica no surgió hasta el , sus fundamentos comenzaron a surgir en la antigüedad. La aerodinámica fundamental supuesto de continuidad tiene su origen en el Tratado sobre el cielo de Aristóteles, aunque Arquímedes, que trabajó en el , fue la primera persona en afirmar formalmente que un fluido podía tratarse como un continuo. Arquímedes también introdujo el concepto de que el flujo de un fluido estaba impulsado por un gradiente de presión dentro del fluido. Esta idea resultaría más tarde fundamental para la comprensión del flujo de fluidos.
En 1687, los Principia de Newton presentaron las leyes del movimiento de Newton, el primer enfoque teórico completo para comprender los fenómenos mecánicos. En particular, la segunda ley de Newton, una afirmación de la conservación del momento, es uno de los tres principios físicos fundamentales utilizados para obtener las ecuaciones de Euler y las ecuaciones de Navier-Stokes.
En 1738, el matemático danés-suizo Daniel Bernoulli publicó Hydrodynamica, en el que describía la relación fundamental entre presión y velocidad, conocida hoy en día como principio de Bernoulli. Esto establece que la presión de un fluido que fluye disminuye a medida que aumenta su velocidad y, como tal, fue un avance temprano significativo en la teoría de la dinámica de fluidos, y se cuantificó por primera vez en una ecuación derivada por Leonhard Euler Esta expresión, a menudo llamada ecuación de Bernoulli, relaciona la presión, la densidad y la velocidad en dos puntos a lo largo de una línea de corriente dentro de un fluido en movimiento de la siguiente manera:
La ecuación de Bernoulli ignora la compresibilidad del fluido, así como los efectos de la gravedad y las fuerzas viscosas sobre el flujo. Leonhard Euler publicaría las ecuaciones de Euler en 1757, que son válidas tanto para flujos compresibles como incompresibles. Las ecuaciones de Euler se ampliaron para incorporar los efectos de la viscosidad en la primera mitad del , lo que dio lugar a las Ecuaciones de Navier-Stokes
Estudios de la resistencia del aire thumb|left|Un dibujo de un planeador de Sir George Cayley, uno de los primeros intentos de crear una forma aerodinámica El efecto retardador del aire sobre un objeto en movimiento fue uno de los primeros fenómenos aerodinámicos que se exploraron. Aristóteles escribió sobre la resistencia del aire en el , pero carecía de los conocimientos necesarios para cuantificar la resistencia que observó. De hecho, Aristóteles sugirió paradójicamente que el movimiento del aire alrededor de una lanza lanzada resistía su movimiento y lo impulsaba hacia adelante. En el , Leonardo da Vinci publicó el Codex Leicester, en el que rechazaba la teoría de Aristóteles e intentaba demostrar que el único efecto del aire sobre un objeto lanzado era resistir su movimiento, y que la resistencia del aire era proporcional a la velocidad de flujo, una conclusión falsa que fue apoyada por las observaciones de Galileo en el sobre la disminución del movimiento pendular. Además de su trabajo sobre la resistencia, da Vinci fue la primera persona en registrar una serie de ideas aerodinámicas, entre las que se incluyen la descripción correcta de la circulación de vórtices y el principio de continuidad aplicado al flujo en canales.
La verdadera dependencia cuadrática de la resistencia a la velocidad fue demostrada experimentalmente de forma independiente por Edme Mariotte y Christiaan Huygens, ambos miembros de la Academia de Ciencias de París, a finales del . Sir Isaac Newton se convirtió más tarde en la primera persona en derivar teóricamente esta dependencia cuadrática de la resistencia del aire a principios del , lo que lo convirtió en uno de los primeros aerodinámicos teóricos. Newton afirmó que la resistencia era proporcional a las dimensiones de un cuerpo, la densidad del fluido y el cuadrado de la velocidad del aire, una relación que se demostró correcta para velocidades de flujo bajas, pero que entraba en conflicto directo con los hallazgos anteriores de Galileo. La discrepancia entre el trabajo de Newton, Mariotte y Huygens, y el trabajo anterior de Galileo no se resolvió hasta los avances en la teoría del flujo viscoso en el .
Newton también desarrolló una ley para la fuerza de arrastre en una placa plana inclinada hacia la dirección del flujo de fluido. Usando «F» para la fuerza de arrastre, «ρ» para la densidad, «S» para el área de la placa plana, «V» para la velocidad de flujo y «θ» para el ángulo de ataque, su ley se expresó como:
Esta ecuación sobrestima la resistencia en la mayoría de los casos y se utilizó a menudo en el para argumentar la imposibilidad del vuelo humano. A ángulos de inclinación bajos, la resistencia depende linealmente del seno del ángulo, no cuadráticamente. Sin embargo, la ley de resistencia de la placa plana de Newton ofrece predicciones razonables de la resistencia para flujos supersónicos o placas muy delgadas en ángulos de inclinación grandes que conducen a la separación del flujo. ref></ref>
Los investigadores llevaron a cabo experimentos de resistencia del aire a lo largo de los siglos y . Las teorías de resistencia fueron desarrolladas por Jean le Rond d'Alembert, Gustav Kirchhoff, y Lord Rayleigh. Las ecuaciones para el flujo de fluidos con fricción fueron desarrolladas por Claude-Louis Navier y George Gabriel Stokes. Para simular el flujo de fluidos, muchos experimentos consistían en sumergir objetos en corrientes de agua o simplemente dejarlos caer desde lo alto de un edificio alto. Hacia el final de este período, Gustave Eiffel utilizó su Torre Eiffel para ayudar en las pruebas de caída de placas planas.
Una forma más precisa de medir la resistencia es colocar un objeto dentro de una corriente de aire artificial y uniforme cuya velocidad se conozca. La primera persona en experimentar de esta manera fue Francis Herbert Wenham, quien al hacerlo construyó el primer túnel de viento en 1871. Wenham también fue miembro de la primera organización profesional dedicada a la aeronáutica, la Royal Aeronautical Society del Reino Unido. Los objetos colocados en los modelos de túneles de viento son casi siempre más pequeños que en la práctica, por lo que se necesitaba un método para relacionar los modelos a pequeña escala con sus homólogos en la vida real. Esto se logró con la invención del número de Reynolds adimensional por parte de Osborne Reynolds. Reynolds también experimentó con la transición de flujo laminar a flujo turbulento en 1883.
thumb|Una réplica del túnel de viento de los hermanos Wright se exhibe en el Centro Espacial y Aéreo de Virginia. Los túneles de viento fueron clave en el desarrollo y validación de las leyes de la aerodinámica.
Avances en la aviación Se considera que Sir George Cayley fue la primera persona en identificar las cuatro fuerzas aerodinámicas del vuelo —peso, sustentación, resistencia del aire y Empuje— desde al menos 1796, cuando construyó un modelo de helicóptero,Wragg, D.W.; Flight before flying, Osprey, 1974, página 5 hasta su muerte en 1857, a Sir George Cayley se le atribuye el mérito de ser la primera persona en identificar las cuatro fuerzas aerodinámicas del vuelo (peso, sustentación, resistencia y empuje) y las relaciones entre ellas.Cayley, George. «On Aerial Navigation» Parte 1 , Parte 2 , Parte 3 Nicholson's Journal of Natural Philosophy, 1809-1810. (Vía NASA). Texto sin formato. Consultado: 30 de mayo de 2010. A Leonardo da Vinci también se le atribuye el mérito de ser la primera persona en desarrollar el concepto moderno de avión de ala fija; aunque las notas de da Vinci contienen dibujos y descripciones de una máquina de vuelo más pesada que el aire de ala fija, las notas de da Vinci quedaron desorganizadas y dispersas tras su muerte, y sus logros en aerodinámica no se redescubrieron hasta después de que la tecnología hubiera progresado mucho más allá de los avances de da Vinci.
A finales del , se identificaron dos problemas antes de que se pudiera realizar el vuelo más pesado que el aire. El primero fue la creación de alas aerodinámicas de alta sustentación y baja resistencia. El segundo problema fue cómo determinar la potencia necesaria para un vuelo sostenido. Durante este tiempo, se sentaron las bases de la dinámica de fluidos y la aerodinámica modernas, y otros entusiastas menos inclinados a la ciencia probaron varias máquinas voladoras con poco éxito.