空气动力学空气动力学是力学的一个分支，主要研究与气体相对运动的物体的力学特性、气体流动的规律以及伴随的物理化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一门学科。《发展简史》中对空气动力学的最早研究，可以追溯到人类对鸟类或抛射体在飞行中所受的力以及力的作用方式的各种推测。17世纪后期，荷兰物理学家惠更斯首次估算出物体在空气中运动的阻力；1726年，牛顿应用力学原理和演绎法得出在空气中运动的物体所受的力与物体运动速度的平方、物体的特征面积和空气的密度成正比。这项工作可以看作是空气动力学经典理论的开端。1755年，数学家欧拉提出了描述无粘流体运动的微分方程，即欧拉方程。这些动力学微分方程在一定条件下可以积分，所得结果具有很大的实用价值。19世纪上半叶，法国的纳维德和英国的斯托克斯提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程，后被称为纳维德-斯托克斯方程。到19世纪末，经典流体力学的基础已经形成。20世纪以来，随着航空事业的飞速发展，空气动力学从流体力学发展而来，形成了一个新的力学分支。航空要解决的首要问题是如何获得飞机所需的升力，降低飞机的阻力，提高其飞行速度。从理论和实践上研究飞行器相对于空气运动时作用力的产生和规律是很有必要的。1894年，英国的兰彻斯特首先提出了无限翼展或翼型产生升力的环流理论，以及有限翼展产生升力的涡流理论。然而，兰彻斯特的想法在当时并没有得到广泛的重视。大约在1901-1910年间，库塔和茹科夫斯基分别独立提出了翼型的环流和升力理论，并给出了升力理论的数学形式，建立了二维机翼理论。1904年，德国的普朗特发表了著名的低速流动边界层理论。该理论指出，在不同的流动区域，控制方程可以有不同的简化形式。边界层理论极大地促进了空气动力学的发展。普朗特还将有限翼展的三维机翼理论系统化，并给出其数学结果，从而建立了有限翼展的升力线理论。但不适用于失速、后掠和小展弦比。1946年6月，美国提出了小展弦比机翼理论。利用这一理论和边界层理论，可以足够精确地计算机翼上的压力分布和表面摩擦阻力。随着现代航空和喷气技术的飞速发展，飞行速度迅速提高。在高速运动的情况下，需要结合流体力学和热力学来正确认识和解决高速空气动力学中的问题。1887年至1896年，奥地利科学家马赫指出，在小于或大于声速的不同气流中，抛射体引起的扰动的传播特性是根本不同的。在高速流动中，流速与局部声速之比是一个重要的无量纲参数。1929年，德国空气动力学家阿克莱特首次将这一无量纲参数与马赫的名字联系起来。十年后，马赫数在空气动力学中被广泛引用。在超音速流中传播的小扰动会叠加形成有限数量的突跳——冲击波。激波也存在于许多实际的超音速流中。通过激波流场，参数突变，熵增加，总能量不变。1870年，英国科学家兰金和法国科学家希贡纽斯独立建立了气流通过激波时应满足的关系，为超音速流场的数学处理提供了正确的边界条件。对于薄机翼的小扰动问题，阿克莱特在1925年提出了二维线性机翼理论，随后相应出现了三维机翼线性理论。这些超音速流动的线性化理论成功地解决了流动中小扰动的影响问题。 当飞行速度或气流速度接近音速时，飞机的气动性能急剧变化，阻力突然增大，升力突然下降。飞机的操纵性和稳定性极度恶化，这就是航空史上著名的音障。大推力发动机的出现跨越了音障，但并没有很好地解决复杂的跨音速流动问题。直到20世纪60年代，由于跨音速巡航飞行、机动飞行的要求和高效喷气发动机的发展，跨音速流动的研究更加受到重视并取得了很大进展。远程导弹和卫星的发展促进了高超声速空气动力学的发展。从50年代到60年代初，建立了高超声速无粘流理论和空气动力的工程计算方法。60年代初，高超声速流动的数值计算也得到了迅速发展。通过研究这些现象和规律，发展了高温气体动力学、高速边界层理论和非平衡流动理论。高温气体的多相流动会引起飞行器表面材料的烧蚀和高温下质量的抛射，因此有必要对其进行研究。空气动力学的发展特点是多学科的结合。空气动力学发展的另一个重要方面是实验研究，包括风洞和其他实验设备的发展，以及实验理论、实验方法和测试技术的发展。世界上第一个风洞于1871年在英国的韦纳姆建成。到目前为止，适用于各种模拟条件、目的、用途和各种测量方法的风洞有几十种，风洞实验的内容极其广泛。20世纪70年代以来，激光技术、电子技术和计算机的迅速发展，极大地提高了空气动力学的实验和计算水平，促进了高度非线性问题和复杂结构流动的研究。除了上述航空航天工业的发展推动了空气动力学的发展外，从20世纪60年代开始，由于交通、运输、建筑、气象、环保和能源利用等学科的发展，出现了工业空气动力学等分支学科。