A aerodinâmica do avião considera as interações entre o ar e uma máquina de vôo que são responsáveis por criar e sustentar o vôo. Fatores como pressão, velocidade e peso são importantes para a compreensão dos princípios aerodinâmicos em geral e da aerodinâmica do avião em particular. As condições de sustentação criadas pela interação da asa de um avião e o ar circundante são vitais. Arrasto e empuxo – ou resistência e movimento para frente – envolvem os outros conceitos principais da aerodinâmica de aviões.
A aerodinâmica em geral diz respeito a como certas forças afetam a maneira como os objetos se movem no ar. Como tal, a aerodinâmica pode afetar qualquer coisa, desde um brinquedo como uma pipa ou uma bola até uma grande máquina de transporte como um avião. Um objeto em movimento afetará o ar gasoso que constitui a atmosfera terrestre. Este ar, por sua vez, afetará o objeto.
Compreender a composição do ar pode lançar mais luz sobre a aerodinâmica dos aviões. O ar é considerado um corpo físico porque tem peso e massa. Ao contrário dos corpos sólidos, no entanto, as moléculas encontradas no ar são fracamente conectadas. Um corpo de ar pode, portanto, mudar facilmente de forma e direção quando a pressão é colocada sobre ele. À medida que a altitude aumenta, a pressão exercida sobre o ar pelas forças gravitacionais diminui, levando a uma perda de peso quanto mais alto o ar sobe. Os aumentos de umidade e de temperatura também podem afetar o peso ou a densidade.
O peso do ar cria pressão contra os objetos que se movem através dele. Essa pressão é medida e atua sobre vários instrumentos do avião, incluindo o manômetro e o indicador de velocidade no ar. Mudanças na pressão podem diminuir a potência de um avião devido à falta de ar no motor, reduzir a eficiência de uma hélice e impactar a base da aerodinâmica do avião: a sustentação.
Um fator que pode influenciar a quantidade de pressão é a velocidade. De acordo com uma explicação popular conhecida como Princípio de Bernoulli, a velocidade de aceleração teria um efeito inverso sobre a pressão. Esse é o efeito que uma asa de avião tem sobre a pressão do ar quando está em movimento. A baixa pressão cria um Efeito Magnus, que consiste em uma força de movimento ascendente ou sustentação.
O design da asa – ou aerofólio – ajuda a criar as condições de pressão necessárias para criar uma sustentação. Na maioria dos aviões, a parte superior da asa é mais curva, assim como a dianteira. Isso leva a uma diferença na velocidade da superfície porque as moléculas devem se mover mais longe e mais rápido nas áreas curvas, facilitando uma conseqüente pressão mais baixa no topo da asa. O ar abaixo da asa pode, então, sustentar um movimento ascendente.
Alguns estudiosos, entretanto, acreditam que o Princípio de Bernoulli falha em explicar as capacidades de vôo para aviões ou outras máquinas com estruturas de asas não tradicionais. Em vez disso, a aerodinâmica básica do avião pode ser explicada com aplicações simples das teorias da física de Isaac Newton. Em termos gerais, a fonte de energia do avião, ou motor, faz com que a asa empurre o ar com alta velocidade. Isso força grandes quantidades de ar abaixo da asa. A ação de movimento descendente do ar, portanto, cria uma ação de levantamento ao redor da asa.
Os aviões criam um impulso que lhes permite avançar por meio de hélices e motores a jato. A antiga fonte de energia opera como um ventilador gigante que empurra o ar para impulsionar. Os motores a jato usam combustível e outras fontes de energia para criar e sustentar o empuxo. Para voar, as aeronaves devem superar a resistência natural que enfrentam ao se mover no ar, também conhecida como arrasto.