航空科学有着丰富的内涵，三言两语很难解释清楚。如果以小见大，空气动力学就是最好的切入点。无论是外部的需求演变，还是内部的科学发展，往往都会引发飞行器外形和布局的变化，继而牵动相关领域的发展，最终推动航空科学的进步。
一、空气动力学研究航空科学的核心问题
空气流过飞机时的情形
航空，是人类在大气层内进行的飞行及有关活动。航空科学，是指导航空活动的理论体系，主要包括空气动力学、飞行力学、飞机结构力学、飞行自动控制理论、航空发动机原理、航空电子学、航空材料学、航空器制造与工艺学、航空系统工程、导航与领航学、空中交通管制理论等。
航空科学有两个核心问题，一是飞行环境，包括自然环境与人工环境；二是飞行手段，包括飞行器及其配套的机载系统和地面系统等。
空气动力学始于对人类飞行自然环境的探索，研究空气的性质及其运动规律。空气状态可以用压力、温度和密度进行描述，在理想条件下，三者之间存在着确定的函数关系，这就是理想气体的状态方程。影响流动的空气特性主要是压缩性、粘性和导热性，于是有了三种流动模型：不可压缩的无粘流、低速不可压缩的粘性流和高速可压缩的无粘流。空气流动遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒原理，由此有了空气流动的连续方程、动量方程和能量方程，此基础上形成了具有普适意义的纳维-斯托克斯方程，简称N-S方程。对于上述问题的展开与深入研究，便构成了空气动力学的基础性内容。
19世纪下半叶，伴随着工业革命的兴起和内燃机的诞生，人类有了造飞机的念头。于是，空气与飞行器之间，特别是空气与机翼之间的相互运动和相互作用就成了空气动力学必须回答的现实问题。这就产生了飞行器空气动力学。翼型，是机翼的剖面形状，可以用弦长、弯度、厚度等几何参数进行描述，翼型加上机翼的平面形状就构成了机翼的空间形状。空气与机翼之间的相对运动可以按速度进行划分，包括低速流动、亚声速流动、跨声速流动、超声速流动和高超声速流动，空气与机翼之间的相互作用最终表现为升力、阻力和相关力矩，于是不同翼型在不同流动条件下的升力特性、阻力特性和力矩特性就成为飞行器设计必须首先关注，也是飞行器空气动力学、乃至航空科学必须予以回答的核心问题。
二、空气动力学奠定航空科学的坚实基础
风洞试验
一门学科的建立必须满足三个必要条件：一是独立的研究内容，二是成熟的研究方法，三是自洽的理论体系。回顾空气动力学与航空科学的建立与发展，空气动力学就是一个先行者，航空科学则是紧随其后的大队人马，二者存在着明显的继承与拓展关系。
在研究内容上，空气动力学源于人类对飞行活动的最初探索，着力回答空气的运动规律及其和飞行器之间的相互运动、相互作用等问题。航空科学则是人类飞行活动不断拓展的必然结果，这种拓展体现在两个方面：一是飞行器的拓展，这种拓展不仅在于平台，还在于动力系统、仪表系统、电气系统、电子系统、环境系统、救生系统等等。二是飞行环境的拓展，这种拓展不仅在于在自然环境中对飞行包线的拓展，还在于对通信、导航、空管和飞行情报等人工环境的需求和建立。这些拓展既丰富了航空科学的内容，也促进了航空科学的建立与发展。
在研究方法上，空气动力学采用采用三种方法：以风洞、水洞和激波管等为手段的实验研究方法，针对空气动力现象、依据既有理论揭示其本质与规律的理论分析方法，以计算流体动力学（CFD）为代表的数值模拟方法。航空科学采用的依然是这三种方法，只是依据学科的不同，所采用的实验手段、依据的学科理论和运用的数值模拟方法等各有不同，在内容和形式上更丰富、更复杂，也更精彩。仅以实验手段为例，就有了针对飞行器结构的强度试验和疲劳试验，针对飞行控制系统的铁鸟试验，针对发动机的地面试车和高空试车，针对电子系统的各类电子暗室，针对系统可靠性的各类环境实验，针对飞行器整体的试验试飞等。
C919飞机静力破坏试验，机翼已经高高翘起
在理论体系上，空气动力学建立了两级理论体系，第一级围绕着空气流动规律而展开，核心概念是流体，基本原理包括质量守恒、动量守恒和能量守恒，在此基础上建立了流体的连续方程、动量方程和能量方程，进而得到了具有普适意义的N-S方程，从而揭示了空气流动规律。第二级围绕着空气流动对翼型气动特性的影响而展开，核心概念是翼型，基本原理包括速度的分解与合成、力的分解与合成、声音的传播原理等，在此基础上逐一分析不同翼型在不同流动条件下的流动情形、压力分布，进而得出相应的升力特性、阻力特性和力矩特性，从而揭示了空气流动对翼型气动特性的影响。
航空科学，则在此基础上构建了一个层次更高、规模更宏大的理论体系。如前所述，航空科学建立在人类飞行活动不断拓展的基础之上。这种拓展表现于理论体系，就是飞行力学、飞机结构力学、飞行自动控制理论、航空发动机原理、航空电子学、航空材料学、航空器制造与工艺学、航空系统工程、导航与领航学、空中交通管制理论等学科的相继建立与发展。
三、空气动力学促进航空科学的不断发展
飞机外形演变
如果把航空科学比作一条学科链，首当其冲的就是空气动力学。外部需求的演变大都首先触发飞行器的外形与布局的变化，继而向下游传导，带动下游学科，甚至航空科学的整体提升。
以第四代战斗机为例。第四代战斗机区别于以往的最显著的技术特征，就是强调中低空跨声速的机动性。这就需要空气动力学、飞行力学、飞行控制和航空发动机等学科共同发力，一旦锁定翼身融合体、边条翼和近距耦合鸭式布局等气动新布局，主动控制和放宽静稳定度等飞行控制新理念，涡轮风扇、矢量推力和变循环等发动机新概念之后，还需要相关学科做出原理性解释。此外，对于上述内容的工程实现，还需要飞机结构、航空材料、航空制造与工艺、航空系统工程等学科整体协同，提供新思路、新方案，由此带动了航空科学的整体提升。
第五代战斗机的隐身需求，也触发了飞机外形和布局的重大变化，继而带动了航空科学的整体发展。
航空科学下游学科的进展与突破，有时也会引发上游学科乃至学科链的变化。但是一般而言，这种变化都是首先引发飞机外形和布局的变化，继而引发相关学科的变化。
以机载雷达为例。伴随着雷达的发明和小型化，战斗机也有了搭载雷达的需求。雷达必须安装在机头位置，这就引发了两个问题，一是进气道必须让位，改为两侧或腹部等部位进气；二是机头雷达罩必须采用透波材料。二者叠加，引起了飞机的外形和布局、机体结构、机体材料和机载设备的变化，牵扯到了空气动力、飞机结构、航空材料、航空制造与工艺、航空电子、航空机电和航空系统工程等。显然，如果不改变飞机外形与布局，就不会有这么大的动静。
可见，空气动力学是打开航空科学大门的一把钥匙，理解了空气动力学的由来和地位作用，也就可以更好地理解航空科学的由来和地位作用。
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