기체역학(Gas Dynamics)은 기체의 흐름과 그에 따른 역학적 현상을 연구하는 유체역학의 한 분야이다. 주로 기체의 운동, 기체 내에서의 압력 변화, 온도 변화 및 기체와 고체 경계면 사이의 상호작용을 물리적 법칙과 수학적 모델을 통해 분석한다.
기체역학은 액체를 다루는 수력학과 달리 기체의 압축성(Compressibility)을 주요하게 고려한다. 낮은 속도에서의 기체 흐름은 밀도 변화가 적어 비압축성 유동으로 간주될 수 있으나, 흐름의 속도가 음속에 가까워지거나 이를 초과하는 고속 유동에서는 밀도, 압력, 온도의 변화가 유기적으로 연결되어 나타난다. 이러한 특성 때문에 기체역학은 열역학적 원리와 밀접하게 연관되어 기술된다.
주요 연구 대상에는 아음속(Subsonic), 초음속(Supersonic), 극초음속(Hypersonic) 유동이 포함되며, 충격파(Shock wave)의 발생과 전파, 팽창파, 노즐 내에서의 기체 흐름 등이 핵심적인 분석 주제이다. 마하수(Mach number)는 기체의 흐름 상태를 정의하는 중요한 무차원 수로 사용된다.
응용 분야로는 항공기 및 미사일의 설계, 로켓 추진 시스템, 가스터빈 엔진, 고속 열차의 공기 저항 분석 등이 있으며, 대기권 재진입 시의 열전달 문제와 같은 우주공학 분야에서도 필수적인 기초 학문으로 다루어진다.
