空氣動力學發展簡史
空氣動力學最早的研究可以追溯到鳥類或拋射體在飛行過程中所受的力以及力的作用方式的各種推測。17世紀後期，荷蘭物理學家惠更斯首次估算出物體在空氣中運動的阻力；1726年牛頓應用力學原理和演繹法得出結論:在空氣中運動的物體所受的力與其速度的平方、物體的特征面積和空氣的密度成正比。這項工作可以看作是空氣動力學經典理論的開端。
1755年，數學家歐拉提出了壹個描述無粘流體運動的微分方程，即歐拉方程。這些動力學微分方程在壹定條件下可以積分，所得結果具有很大的實用價值。19世紀上半葉，法國的納維德和英國的斯托克斯提出了描述粘性不可壓縮流體動量守恒的運動方程，後被稱為納維德-斯托克斯方程。
到19年底，經典流體力學的基礎已經形成。20世紀以來，隨著航空事業的飛速發展，空氣動力學從流體力學發展而來，形成了壹個新的力學分支。
航空要解決的首要問題是如何獲得飛機所需的升力，降低飛機的阻力，提高其飛行速度。從理論和實踐上研究飛行器相對於空氣運動時力的產生和規律是很有必要的。1894年，英國蘭徹斯特首先提出了無限翼展機翼或翼型產生升力的環流理論，有限翼展機翼產生升力的渦流理論。但是蘭徹斯特的想法在當時並沒有得到廣泛的關註。
大約在1901 ~ 1910年期間，庫塔和茹科夫斯基獨立提出了翼型的環流和升力理論，並給出了升力理論的數學形式，建立了二維機翼理論。1904年，德國的Planter發表了著名的低速流動邊界層理論。該理論指出，在不同的流動區域，控制方程可以有不同的簡化形式。
邊界層理論極大地促進了空氣動力學的發展。普朗特還將有限翼展三維機翼理論系統化並給出其數學結果，從而建立了有限翼展機翼的升力線理論。然而，它不能應用於失速、後掠角和小展弦比。1946年6月，美國提出小展弦比機翼理論。利用這壹理論和邊界層理論，可以足夠精確地計算機翼上的壓力分布和表面摩擦阻力。
現代航空和噴氣技術的迅速發展使得飛行速度迅速提高。在高速運動的情況下，為了正確認識和解決高速空氣動力學中的問題，需要將流體力學和熱力學結合起來。在1887 ~ 1896期間，奧地利科學家馬赫指出，在小於或大於音速的不同流動中，拋射體引起的擾動的傳播特性是根本不同的。
在高速流動中，流速與局部聲速之比是壹個重要的無量綱參數。1929年，德國空氣動力學家阿克萊特首次將這個無量綱參數與馬赫的名字聯系起來。十年後，馬赫這壹特征參數在氣體動力學中被廣泛引用。
超音速流中小擾動的傳播將疊加形成有限的跳躍激波。激波也存在於許多實際的超音速流中。氣流通過激波流場時，參數突然跳變，熵增加，總能量不變。
1870，英國科學家蘭金，1887，法國科學家徐紅牛獨立建立了氣流通過激波時應滿足的關系式，為超音速流場的數學處理提供了正確的邊界條件。1925年，阿克萊特提出了二維線性化機械機翼理論，隨後相應出現了三維機翼線性化理論。超音速流動的這些線性理論已經成功地解決了流動中小擾動的影響。
當飛行速度或氣流速度接近音速時，飛機的氣動性能急劇變化，阻力急劇增加，升力急劇下降。飛機的操縱性和穩定性極度惡化，這就是航空史上著名的音障。大推力發動機的出現突破了音障，但並沒有很好地解決復雜的跨音速流動問題。直到20世紀60年代，由於跨音速巡航飛行、機動飛行和高效噴氣發動機發展的需要，跨音速流動的研究才更加受到重視並得到很大發展。
遠程導彈和人造衛星的發展促進了高超聲速空氣動力學的發展。20世紀50-60年代，建立了高超聲速無粘流理論和空氣動力的工程計算方法。60年代初，高超聲速流動的數值計算也得到了迅速發展。通過研究這些現象和規律，發展了高溫氣體動力學、高速邊界層理論和非平衡流動理論。
由於飛機表面材料的燒蝕和高溫下質量的噴出，有必要對高溫氣體的多相流動進行研究。空氣動力學的發展具有與多門學科相結合的特點。
空氣動力學發展的另壹個重要方面是實驗研究，包括風洞等各種實驗設備的發展以及實驗理論、方法和測試技術的發展。世界上第壹座風洞建於1871年，位於英國韋納姆。到目前為止，適用於各種模擬條件、目的、用途和各種測量方法的風洞有幾十種，風洞實驗的內容極其廣泛。
20世紀70年代以來，激光技術、電子技術和計算機的迅速發展，極大地提高了空氣動力學的實驗水平和計算水平，促進了高度非線性問題和復雜結構流動的研究。
除了上述航空航天工業的發展推動了空氣動力學的發展，從20世紀60年代開始，由於交通、運輸、建築、氣象、環保、能源利用等方面的發展，出現了工業空氣動力學等分支學科。
空氣動力學的研究內容
通常空氣動力學的研究內容是飛機、導彈等飛行器在著名飛行條件下的流場氣體速度、壓力、密度的變化規律，升力、阻力等氣動力及其變化規律，氣體介質或氣體與飛行器之間的物理化學變化，傳熱傳質規律。從這個意義上說，空氣動力學可以分為兩類:
首先，根據流體運動的速度範圍或飛行器的飛行速度，空氣動力學可分為低速空氣動力學和高速空氣動力學。通常以400 km/h的速度大致作為分界線。在低速空氣動力學中，氣體介質可以看作是不可壓縮的，相應的流動稱為不可壓縮流動。當速度大於此時，必須考慮氣體的可壓縮性和氣體熱力學特性的變化。這種對應於高速空氣動力學的流動稱為可壓縮流動。
其次，根據流動中是否必須考慮氣體介質的粘性，空氣動力學可分為理想空氣動力學(或稱理想空氣動力學)和粘性空氣動力學。
除了上面的分類，空氣動力學還有壹些邊緣分支。如稀薄氣體動力學、高溫氣體動力學等。
在低速空氣動力學中，介質密度的變化很小，可以看作壹個常數。使用的基本理論有無粘二維和三維勢流、翼型理論、升力線理論、升力面理論和低速邊界層理論。對於亞音速流，無粘勢流服從非線性橢圓偏微分方程。研究這類流動的主要理論和近似方法包括小擾動線性化方法、Planter-Graue分離法則、Carmen-錢學森公式和速度圖法以及粘性流中的可壓縮邊界層理論。對於超音速流，無粘流的方程是非線性雙曲型偏微分方程。
在超音速流中，基本的研究內容有壓縮波、膨脹波、激波、普朗泰-邁耶流、錐形流等等。主要的理論處理方法有超音速小擾動理論、特征線法和高速邊界層理論。跨音速無粘流可分為外流和內流兩部分，流動變化復雜。流動的控制方程是壹個非線性混合偏微分方程，理論上很難求解。
高超音速流動的主要特點是高馬赫數和大能量。在高超聲速流動中，真實氣體效應和激波與邊界層的相互作用變得更加重要。高超聲速流動分為無粘流動和高超聲速粘性流動。
工業空氣動力學主要研究大氣邊界層內風與各種結構和人類活動的相互作用，以及大氣邊界層內風的特性，風對建築物的作用，風引起的質量傳遞，風對運輸車輛的作用和風能的利用，以及低層大氣的流動特性和大氣中各種粒子的擴散規律，特別是末端流動的擴散規律，等等。
空氣動力學的研究方法
空氣動力學的研究分為理論和實驗兩個方面。理論和實驗研究緊密結合，相輔相成。理論研究所依據的壹般原則是:運動學，遵循質量守恒定律；動力學上，遵循牛頓第二定律；在能量轉換和傳遞方面，遵循能量守恒定律；在熱力學上，它遵循熱力學第壹和第二定律；就介質性質而言，它遵循相應的氣體狀態方程和粘度、導熱系數等的變化規律。
實驗研究是借助實驗設備或裝置觀察和記錄各種流動現象，測量氣流與物體的相互作用，發現新的物理特性並從中發現規律性的結果。由於現代高速電子計算機的迅速發展，數值計算在復雜流動和力的計算研究中發揮著重要作用，高速電子計算機在實驗研究中的作用也越來越大。因此，理論研究、實驗研究和數值計算的緊密結合是現代空氣動力學研究的主要特征。
空氣動力學研究的過程壹般是:通過實驗和觀察，分析流動的現象和機理，提出合理的力學模型。根據以上幾個方面的物理規律，提出了描述流動的基本方程和定解條件；然後根據實驗結果進壹步檢驗理論分析或數值結果的正確性和適用範圍，提出進壹步實驗或理論研究的問題。如此反復、廣泛、深入地揭示空氣動力學問題的本質。
自20世紀70年代以來，空氣動力學發展較為活躍的領域是湍流、邊界層轉捩、激波與邊界層的相互作用、跨音速流、渦與分離流、多相流、數值計算和實驗測試技術。此外，工業空氣動力學、環境空氣動力學和考慮物理化學變化的氣體動力學也取得了很大進展。