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空气动力学是流体力学的一个分支，属于力学范围，是研究航空航天器飞行时与空气相对运动产生的力、热和其他物理现象的科学。
空气动力学是飞行器研制的“先行官”。它的使命是发现飞行器飞行过程中出现的空气动力学问题以及解决这些问题的方法。它通过三种基本研究途径解决实际问题：1.建立基本原理、理论研究模式以及通过理论计算模拟各种特性。2.地面实验模拟，在缩小的模型上利用不同的地面实验设备，如风洞等，进行实验研究。3.飞行试验，由于地面实验以及理论模拟不能完全横拟真实飞行，对于总体特性或关键技术未能考核的项目，只能通过飞行试验验证。可以说，飞行力学、空气动力学、空气热动力学等决定了航空航天器的飞行规律与飞行轨迹。
从一日千里说起
人类在同大自然作斗争的漫长岁月里，依靠科学技术的进步，不断地扩展着自己的活动范围，从陆地到海洋，从穿云破雾到“巡天遥看一千河”。1903年世界上第一架飞机升空持续飞行，开创了现代航空的新纪元。1957年第一颗人造地球卫星飞天，三年之后，苏联航天员加加林乘“东方”1号飞船进入太空，绕地球飞行108分钟后安全返回地面，标志着载人航天新时代的开始。1969年美国“阿波罗”飞船登月成功；1981年世界上第一架垂直起飞、水平着陆，可重复使用的美国“哥伦比亚”号航天飞机成功飞行。又成为航天史上人类进入太空的重大里程碑。未来的空天飞机，既可以往返于地球和空间站之间，又可以在地球上运送旅客，这种高超声速(通常指5倍声速以上的速度)航天器，最高速度可达30，675千米／时，即25倍声速。古时用“一日千里”形容快得不得了的速度，而今天，人类“行走”的速度早已超过了日行万里。
近代航空的发展，的确使世界变小了。过去横跨太平洋要半个月，现在只要半天时间，将来“东方快车”空天飞机从纽约到东京只要2小时。古代所幻想的“朝昆仑而暮苍梧”，在今天也已不足为奇。你看人类已经在月球上留下“到此一游”的脚印并把月宫的土壤捧回了人间，今后“牛郎织女”也大可不必一年一度“银汉迢迢暗渡”了。
那么，也许你要问，空气动力学究竟与人类征服太空有什么关系呢?
人类为了实现飞天的理想，经历了一段相当艰难曲折的过程。早期的模拟鸟类飞行的尝试并不能使人升空，18世纪末期，轻于空气的热气球、氢气球相继飞上了天。气球升空，是利用了空气的浮力。但重于空气的风筝到底凭借什么力量升空的呢?第一架飞机的发明者美国莱特兄弟曾认真研究过风筝的飞行。
我们知道，物体在空气中运动或者物体置于空气流中时，作用在物体上的力可分为空气静浮力和空气动力两种。静浮力就是阿基米德定律中所定义的那种浮力，与空气流动情况无关，也就是和物体与空气之间是否有相对运动无关；空气动力则是由于物体周围空气的流动而产生的。这个空气动力可分为两部分，其中一个是垂直于风向、指向上的分力，称为升力，风筝在升力的作用下越飞越高；另一个则是与风向平行，并与风向同指向的分力，叫做阻力。它是阻止风筝逆着风向而运动的力，这个分力使风筝越-飞越远。
对飞机而言，静浮力和空气动力相比小得可以忽略，所以只考虑空气动力的作用。如同风筝所受到的空气动力一样，通常也把飞机的空气动力分解为与飞机和空气的相对速度方向相平行和垂直的两个分力，平行方向的分力叫阻力，垂直方向的力又可再分解为与飞机对称平面平行和垂直的两个分力，分别叫升力和侧力。 显然，每当物体和空气间具有相对速度时才会产生升力。飞机的升力是靠它的翅膀产生的。那么，飞机的机翼是如何产生这么大的升力，托起几十吨甚至上百吨的飞机飞上蓝天的呢?
空气的能耐
飞机飞行时，空气绕过机翼流动，翼上面和翼下面的流动情况是不同的。上面的流速大于机翼远前方气流速度，其压强低于机翼远前方气流的大气压，这就是所谓负压；相反，翼下方的流速小于机翼远前方气流速度，其压强高于机翼远前方气流的大气压，就是所谓正压，而且负压比正压数值上要大好几倍。其结果。上翼面被往上吸，下翼面被往上推，合起来就在机翼上形成了向上的吸力。
机翼的升力能托起飞机，但机翼需要多长才合适呢々为此，莱特兄弟曾制作了200多个机翼模型，在自己建造的低速风洞中测量了机翼的升力、阻力，并得到随机翼展弦比增大，升力也增大的结论。在风洞实验的基础上，他们设计了一架双翼机，机翼的翼尖翘起，以保证横侧稳定。飞机上装有方向舵和操纵机构。为了减少阻力，驾驶员俯卧在下机翼的中部。他们用这架飞机实现了人类首次有动力、可操纵的空中持续飞行，为人类开辟了征服天空的道路。作为力学一个分支学科的空气动力学，如同一把钥匙，帮助人类打开了飞行科学的大门。
莱特兄弟对航空的一个重大贡献是在飞机设计中应用了空气动力学原理。后来航空技术的每一项成就，都与空气动力学的进展有关。20世纪初期，在近代航空和喷气技术发展的带动下，’经典流体力学方面，也出现了一次较大的飞跃，这就是近代空气动力学的奠基人德国的路德维希·普朗特的边界层理论和机翼理论。普朗特指出，空气绕过机翼的流动实际上是一种黏性流动。黏性流动是自然界和工程技术上普遍存在的一种流动过程。例如，近地面和水面的大气边界中的空气流动，空气绕过飞机、汽车和地面建筑物的流动，流体在管道和涡轮机械中的流动，及轴承中润滑液的流动，人体血管中血液的流动等都是黏性流动。由于黏性的存在，当空气流过机翼时，机翼表面处形成一个很薄的附着层。在这个附着层内，流动速度从翼面处速度为零连渐向外很快增长，在离翼面法向距离很小的地方，速度达到了机翼远前方的来流速度。这一速度变化很大的流动层，就称为边界层。普朗特认为，空气的黏性作用，被局限在翼面附近这一薄薄的边界层之内。由于边界层中出现流动分离，形成了“绕翼旋涡”。这种旋涡遇上机翼上表面低压气流，周围空气会迅速卷了进来，向旋涡聚拢，使涡卷的强度更强，旋转速度加快，由此在机翼上形成的那种吸力也会加大。升力实际上就是由紧靠机翼的薄涡层旋涡吸力而产生的。这种情况和龙卷风所产生的那种巨大吸力是一样的道理。据资料记载，1956年，一次从上海掠过的龙卷风竟然把一个数十吨重的大油罐毫不费劲地提到空中，油罐悬空“行走”了几百米才掉下来。龙卷风就是旋转速度极快的涡卷，它所产生的吸力真是大得惊人。机翼表面薄涡层旋涡升力能够大到把那么重的飞机托起，从龙卷风的例子就可想而知了。普朗特的边界层理论的诞生。不仅从机理上揭开了机置升力是怎样得来的这个不解之谜，而且还提供了计算阻力的方法，最终为飞机机翼的设计提供了理论基础。 因此，这一理论研究成果，在流体力学史上是划时代的，可以说是20世纪经典力学方面的首要大事。
力学先导
从20世纪初开始，飞机的军用意义已广泛引起各个国家的关注。在20世纪二三十年代，飞机从双翼机到张臂式单翼机，从木结构到全金属结构，从敞开式座舱到密闭式座舱。从固定式起落架到收放式起落架，飞机外形结构和气动布局已经发生了革新性变化。二次世界大战期间。参战飞机数量猛增，性能迅速提高，军用航空显然已对战争局势具有举足轻重的影响。战后，航空科学技术迅速地发展。特别表现在飞机空气动力外形的改进上。所谓空气动力外形就是应用空气动力学原理来设计飞机外形，使得它的升力高、阻力小，稳定性、操纵性好。比如，机身尽可能呈流线型，减少突起物，以此来减小阻力。机翼的形状和配置也相当讲究。低速飞机通常用长方形或梯形翼。当飞机飞行速度到达声速附近或超过声速以后，就要采用像燕子翅膀似的后掠机翼。超声速战斗机或轰炸机的机翼可采用三角形的平面形状。飞机的飞行速度从低速到高速发展，与机翼从直机翼到后掠冀、三角翼、边条翼这些飞机气动构形的不断地演变密切相关。
力学工作者为了这些气动外形的演进，不知付出了多少心血。世界各国的空气动力学研究机构部投入了相当大的人力、物力，致力于飞机机翼翼型的理论分析和风洞实验研究。翼型指的是机翟横切剖面形状，割面形状是影响机翼升力的重要因素。在飞机诞生的初期，飞行的主要矛盾是如何克服飞机的重力，使飞机离地升空。实践已经表明，采用大翼面积、大弯度剖面的机翼，克服重力而升空不成问题。当飞机速度不断提高，特别是超声速飞机出现后，推动飞机前进的力与空气阻力的矛盾就更加突出了。因此，必须找到大大减少阻力的机翼形状，才能满足飞机提速后的需要。有人做过统计，经过各国力学家长期研究，可以应用于飞机设计的机翼翼型总数已经超过1 5000种。仰仗翼型的这些空气动力学研究成果，加上活塞式发动机、喷气式发动机、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、冲压发动机这些性能越来越先进的航空动力装置的相继出现，飞机设计师才有可能设计出飞得高、飞得快、飞得远而且又灵活机动的一代又一代新型飞机。
二次大战前，飞机的速度超不过声速(每秒340米)，当时有人认为声速不可逾越，就是说飞机速度要达到和超过声速，似乎所需要的发动机的推力就得要大得不得了，而且飞机也难以驾驶。这就是所谓声障。但是由于空气动力学的发展，升力理论、阻力理论、稳定性操纵性理论、飞行力学理论的突破性进展，力学家根据这种飞行速度时空气流动的特点，采用后掠翼和小展弦比机翼机身组合体等先进的空气动力布局，1947年便出现首架超声速飞机，“声障”很快成为了一个历史名词。随着空气动力学、结构力学和材料科学的进展，飞机飞行突破声障之后，飞行速度接着又达到声速的2倍～3倍，进入了超声速飞行时代。(上)
空气动力学是飞行器研制的“先行官”。它的使命是发现飞行器飞行过程中出现的空气动力学问题以及解决这些问题的方法。它通过三种基本研究途径解决实际问题：1.建立基本原理、理论研究模式以及通过理论计算模拟各种特性。2.地面实验模拟，在缩小的模型上利用不同的地面实验设备，如风洞等，进行实验研究。3.飞行试验，由于地面实验以及理论模拟不能完全横拟真实飞行，对于总体特性或关键技术未能考核的项目，只能通过飞行试验验证。可以说，飞行力学、空气动力学、空气热动力学等决定了航空航天器的飞行规律与飞行轨迹。
从一日千里说起
人类在同大自然作斗争的漫长岁月里，依靠科学技术的进步，不断地扩展着自己的活动范围，从陆地到海洋，从穿云破雾到“巡天遥看一千河”。1903年世界上第一架飞机升空持续飞行，开创了现代航空的新纪元。1957年第一颗人造地球卫星飞天，三年之后，苏联航天员加加林乘“东方”1号飞船进入太空，绕地球飞行108分钟后安全返回地面，标志着载人航天新时代的开始。1969年美国“阿波罗”飞船登月成功；1981年世界上第一架垂直起飞、水平着陆，可重复使用的美国“哥伦比亚”号航天飞机成功飞行。又成为航天史上人类进入太空的重大里程碑。未来的空天飞机，既可以往返于地球和空间站之间，又可以在地球上运送旅客，这种高超声速(通常指5倍声速以上的速度)航天器，最高速度可达30，675千米／时，即25倍声速。古时用“一日千里”形容快得不得了的速度，而今天，人类“行走”的速度早已超过了日行万里。
近代航空的发展，的确使世界变小了。过去横跨太平洋要半个月，现在只要半天时间，将来“东方快车”空天飞机从纽约到东京只要2小时。古代所幻想的“朝昆仑而暮苍梧”，在今天也已不足为奇。你看人类已经在月球上留下“到此一游”的脚印并把月宫的土壤捧回了人间，今后“牛郎织女”也大可不必一年一度“银汉迢迢暗渡”了。
那么，也许你要问，空气动力学究竟与人类征服太空有什么关系呢?
人类为了实现飞天的理想，经历了一段相当艰难曲折的过程。早期的模拟鸟类飞行的尝试并不能使人升空，18世纪末期，轻于空气的热气球、氢气球相继飞上了天。气球升空，是利用了空气的浮力。但重于空气的风筝到底凭借什么力量升空的呢?第一架飞机的发明者美国莱特兄弟曾认真研究过风筝的飞行。
我们知道，物体在空气中运动或者物体置于空气流中时，作用在物体上的力可分为空气静浮力和空气动力两种。静浮力就是阿基米德定律中所定义的那种浮力，与空气流动情况无关，也就是和物体与空气之间是否有相对运动无关；空气动力则是由于物体周围空气的流动而产生的。这个空气动力可分为两部分，其中一个是垂直于风向、指向上的分力，称为升力，风筝在升力的作用下越飞越高；另一个则是与风向平行，并与风向同指向的分力，叫做阻力。它是阻止风筝逆着风向而运动的力，这个分力使风筝越-飞越远。
对飞机而言，静浮力和空气动力相比小得可以忽略，所以只考虑空气动力的作用。如同风筝所受到的空气动力一样，通常也把飞机的空气动力分解为与飞机和空气的相对速度方向相平行和垂直的两个分力，平行方向的分力叫阻力，垂直方向的力又可再分解为与飞机对称平面平行和垂直的两个分力，分别叫升力和侧力。 显然，每当物体和空气间具有相对速度时才会产生升力。飞机的升力是靠它的翅膀产生的。那么，飞机的机翼是如何产生这么大的升力，托起几十吨甚至上百吨的飞机飞上蓝天的呢?
空气的能耐
飞机飞行时，空气绕过机翼流动，翼上面和翼下面的流动情况是不同的。上面的流速大于机翼远前方气流速度，其压强低于机翼远前方气流的大气压，这就是所谓负压；相反，翼下方的流速小于机翼远前方气流速度，其压强高于机翼远前方气流的大气压，就是所谓正压，而且负压比正压数值上要大好几倍。其结果。上翼面被往上吸，下翼面被往上推，合起来就在机翼上形成了向上的吸力。
机翼的升力能托起飞机，但机翼需要多长才合适呢々为此，莱特兄弟曾制作了200多个机翼模型，在自己建造的低速风洞中测量了机翼的升力、阻力，并得到随机翼展弦比增大，升力也增大的结论。在风洞实验的基础上，他们设计了一架双翼机，机翼的翼尖翘起，以保证横侧稳定。飞机上装有方向舵和操纵机构。为了减少阻力，驾驶员俯卧在下机翼的中部。他们用这架飞机实现了人类首次有动力、可操纵的空中持续飞行，为人类开辟了征服天空的道路。作为力学一个分支学科的空气动力学，如同一把钥匙，帮助人类打开了飞行科学的大门。
莱特兄弟对航空的一个重大贡献是在飞机设计中应用了空气动力学原理。后来航空技术的每一项成就，都与空气动力学的进展有关。20世纪初期，在近代航空和喷气技术发展的带动下，’经典流体力学方面，也出现了一次较大的飞跃，这就是近代空气动力学的奠基人德国的路德维希·普朗特的边界层理论和机翼理论。普朗特指出，空气绕过机翼的流动实际上是一种黏性流动。黏性流动是自然界和工程技术上普遍存在的一种流动过程。例如，近地面和水面的大气边界中的空气流动，空气绕过飞机、汽车和地面建筑物的流动，流体在管道和涡轮机械中的流动，及轴承中润滑液的流动，人体血管中血液的流动等都是黏性流动。由于黏性的存在，当空气流过机翼时，机翼表面处形成一个很薄的附着层。在这个附着层内，流动速度从翼面处速度为零连渐向外很快增长，在离翼面法向距离很小的地方，速度达到了机翼远前方的来流速度。这一速度变化很大的流动层，就称为边界层。普朗特认为，空气的黏性作用，被局限在翼面附近这一薄薄的边界层之内。由于边界层中出现流动分离，形成了“绕翼旋涡”。这种旋涡遇上机翼上表面低压气流，周围空气会迅速卷了进来，向旋涡聚拢，使涡卷的强度更强，旋转速度加快，由此在机翼上形成的那种吸力也会加大。升力实际上就是由紧靠机翼的薄涡层旋涡吸力而产生的。这种情况和龙卷风所产生的那种巨大吸力是一样的道理。据资料记载，1956年，一次从上海掠过的龙卷风竟然把一个数十吨重的大油罐毫不费劲地提到空中，油罐悬空“行走”了几百米才掉下来。龙卷风就是旋转速度极快的涡卷，它所产生的吸力真是大得惊人。机翼表面薄涡层旋涡升力能够大到把那么重的飞机托起，从龙卷风的例子就可想而知了。普朗特的边界层理论的诞生。不仅从机理上揭开了机置升力是怎样得来的这个不解之谜，而且还提供了计算阻力的方法，最终为飞机机翼的设计提供了理论基础。 因此，这一理论研究成果，在流体力学史上是划时代的，可以说是20世纪经典力学方面的首要大事。
力学先导
从20世纪初开始，飞机的军用意义已广泛引起各个国家的关注。在20世纪二三十年代，飞机从双翼机到张臂式单翼机，从木结构到全金属结构，从敞开式座舱到密闭式座舱。从固定式起落架到收放式起落架，飞机外形结构和气动布局已经发生了革新性变化。二次世界大战期间。参战飞机数量猛增，性能迅速提高，军用航空显然已对战争局势具有举足轻重的影响。战后，航空科学技术迅速地发展。特别表现在飞机空气动力外形的改进上。所谓空气动力外形就是应用空气动力学原理来设计飞机外形，使得它的升力高、阻力小，稳定性、操纵性好。比如，机身尽可能呈流线型，减少突起物，以此来减小阻力。机翼的形状和配置也相当讲究。低速飞机通常用长方形或梯形翼。当飞机飞行速度到达声速附近或超过声速以后，就要采用像燕子翅膀似的后掠机翼。超声速战斗机或轰炸机的机翼可采用三角形的平面形状。飞机的飞行速度从低速到高速发展，与机翼从直机翼到后掠冀、三角翼、边条翼这些飞机气动构形的不断地演变密切相关。
力学工作者为了这些气动外形的演进，不知付出了多少心血。世界各国的空气动力学研究机构部投入了相当大的人力、物力，致力于飞机机翼翼型的理论分析和风洞实验研究。翼型指的是机翟横切剖面形状，割面形状是影响机翼升力的重要因素。在飞机诞生的初期，飞行的主要矛盾是如何克服飞机的重力，使飞机离地升空。实践已经表明，采用大翼面积、大弯度剖面的机翼，克服重力而升空不成问题。当飞机速度不断提高，特别是超声速飞机出现后，推动飞机前进的力与空气阻力的矛盾就更加突出了。因此，必须找到大大减少阻力的机翼形状，才能满足飞机提速后的需要。有人做过统计，经过各国力学家长期研究，可以应用于飞机设计的机翼翼型总数已经超过1 5000种。仰仗翼型的这些空气动力学研究成果，加上活塞式发动机、喷气式发动机、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、冲压发动机这些性能越来越先进的航空动力装置的相继出现，飞机设计师才有可能设计出飞得高、飞得快、飞得远而且又灵活机动的一代又一代新型飞机。
二次大战前，飞机的速度超不过声速(每秒340米)，当时有人认为声速不可逾越，就是说飞机速度要达到和超过声速，似乎所需要的发动机的推力就得要大得不得了，而且飞机也难以驾驶。这就是所谓声障。但是由于空气动力学的发展，升力理论、阻力理论、稳定性操纵性理论、飞行力学理论的突破性进展，力学家根据这种飞行速度时空气流动的特点，采用后掠翼和小展弦比机翼机身组合体等先进的空气动力布局，1947年便出现首架超声速飞机，“声障”很快成为了一个历史名词。随着空气动力学、结构力学和材料科学的进展，飞机飞行突破声障之后，飞行速度接着又达到声速的2倍～3倍，进入了超声速飞行时代。(上)