空气动力学研究基本手段有三种：理论分析、数值计算、风洞试验。这些研究手段相辅相成、互为验证，共同推进空气动力学的发展与进步。在相关气动数据的基础上进行外形设计的空气动力学设计方法在航空航天、汽车、船舶等许多领域得到广泛应用与发展。在航空领域，空气动力学是飞行器设计的基础。随着对飞行器性能要求的增加，飞行器外形设计面临的矛盾增多，利用气动优化设计方法有助于在这种复杂条件下得到良好的气动设计结果，同时也使得飞行器设计过程缩短、效率提高。
空气动力学设计是航空宇航科学与技术等专业的研究生核心课程，是继空气动力学、飞行器总体设计、工程流体力学等课程之后的一门专业基础课程。其总体定位是：通过讲授空气动力学设计的基础知识与基本流程，辅以一定的设计案例，重点培养学生解决空气动力学设计问题的创新能力。
复旦大学、南京航空航天大学《空气动力学设计基础》（孙刚，唐智礼，李正强编著．北京：科学出版社，2024.3）教材根据作者开设的设计空气动力学课程大纲编写，分为空气动力学设计基础和空气动力学设计案例两大部分，重点介绍了空气动力学设计的三大基础知识——参数化建模方法、流动机理分析和现代优化设计理论与方法，以及现代飞机和航空发动机的设计案例，主要面向航空宇航科学与技术、飞行器设计、工程力学、流体力学等专业的研究生，也可作为相近专业学生和技术人员的参考书。
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教材是在作者二十余年的设计经验和课程讲授基础上编撰而成。在编写教材前，作者对已出版的空气动力学设计相关的教材进行了调研。目前，在空气动力学理论方面和飞行器总体设计方面均已有大量优秀的著作。例如，吴望一编著的《流体力学》、陈懋章编著的《粘性流体动力学基础》以及美国马里兰大学安德森著的《空气动力学基础》等，均详细讲解了基础空气动力学和流体力学的理论推导部分；方宝瑞主编的《飞机气动布局设计》、朱自强、吴宗成主编的《现代飞机设计空气动力学》等，详细介绍了飞机总体设计的设计原理和设计经验；江永泉著的《大型运输飞机设计与分析》、黄伟等著的《组合动力飞行器多学科设计优化方法》等，涉及参数化方法、计算流体力学(CFD)理论和优化设计等方面，但主要针对运输机或组合动力飞行器进行分析。在此基础上，作者结合设计经验和授课经验，撰写了本教材。
教材充分考虑了各部分知识的重要性、必要性和完整性，且充分考虑了各章节和案例之间的逻辑关系，增强了教材的综合性和灵活性。
教材对所涉及的基本知识点都有较详细的解释，且注重理论教学和实践教学的融合，通过辅以设计实例和习题，力求强化学生解决实际问题的能力。
教材充分考虑了学科专业和行业内先进的核心理论和成果，结合专业新技术新进展，紧跟产业发展前沿，反映空气动力学设计国内外的科学研究和教学研究的先进成果，具有先进性和前沿性。
本质上讲，气动优化设计是利用最优化方法对设计对象进行的气动外形设计。本书以此为纲，在第2～4 章分别介绍空气动力学设计的三个基本内容：几何建模、机理分析与优化方法，并在第5、6 章给出气动设计案例以帮助读者理解。
▋本教材第1 章为绪论，简要介绍了空气动力学设计的发展历程、空气动力学设计的四要素，以及飞机气动设计和航空发动机气动设计在飞机设计中的地位和设计要求。绪论部分的任务是：使学生对空气动力学设计拥有初步的概念和认识，并事实上给出全书的主要脉络，使学生在后续的学习过程中能做到条理清晰为后续的学习打下基础。
▋第2～4 章为空气动力学设计基础部分，分别介绍了参数化建模方法、流动分析与优化目标、优化设计方法三部分空气动力学基础知识。
第2 章，即参数化建模方法部分，详细介绍了诸如非均匀有理B 样条(NURBS)曲线/曲面、CST 方法、Hicks-Henne 方法、PARSEC 方法、自由曲面变形(FFD)方法等传统的二维或三维参数化建模方法，并介绍了参数化建模方法的最新进展，包括CST 参数化方法的改进、FFD 参数化方法的改进等。
第3 章，即流动分析与优化目标部分，详细介绍了网格生成技术、数值模拟方法、复杂流动机理分析和流动现象的实验验证。网格生成技术和数值模拟方法是CFD 的计算机/数学基础，是现代空气动力学设计的重要工具，而复杂流动机理分析和流动现象的实验验证则是CFD 的力学基础知识。只有掌握了流动机理分析，学生才能对优化目标的选择有更深刻的认识。
第4 章，即优化设计方法部分，详细介绍了优化设计理论基础、正设计方法、反设计方法、先进的人工智能方法和设计策略，并给出了优化设计的实现过程案例。第4 章从优化设计的四要素入手，在优化设计的数学模型的基础上，对优化设计方法和代理模型进行了详细介绍，并辅以大量设计案例。在优化方法部分，既有经典的梯度下降法、牛顿法等，也有诸如遗传算法等先进的人工智能方法，且对气动反设计作了介绍。在代理模型部分，既有经典的Kriging 模型等，也有近年来兴起的神经网络模型。4.5 节对设计策略作了详细介绍，旨在使得学生建立使用策略的方式辅助设计的概念。
▋第5 章和第6 章为空气动力学设计案例部分。该部分的部分设计案例来源于复旦大学航空航天系孙刚教授课题组、南京航空航天大学航空学院唐智礼教授课题组和上海飞机设计研究院李正强研究员技术团队的工作内容，具有先进性和前沿性。
第5 章从翼型、超临界机翼、机翼-吊挂-短舱一体化、翼身融合体、分布式推进飞行器、乘波体六个方面介绍了详细的设计案例。
第6 章从短舱、风扇、压气机和短舱-风扇跨部件内外流一体化四个方面对设计案例进行了详细的介绍。通过理论教学和实践教学的融合，强化学生对空气动力学设计的理解，增强学生解决实际问题的能力。
本教材建议学时数为32～48 学时，其中，空气动力学设计基础部分应做较详细的讲解，空气动力学设计案例部分可作为扩展知识供学生自学。
三个参与单位所有参与编撰的博士生、硕士生和技术人员为本书的写作花费了大量的时间和精力，在此表示感谢。
孙 刚 唐智礼 李正强
2023 年5 月
本文摘编自《空气动力学设计基础》（孙刚，唐智礼，李正强编著．北京：科学出版社，2024.3）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-077492-7
责任编辑：赵敬伟 孔晓慧
空气动力学设计是航空宇航科学与技术等专业的研究生核心课程。本书包括空气动力学设计基础理论和现代飞机/航空发动机气动设计案例两大部分，重点培养学生解决空气动力学设计问题的创新能力。全书共6 章，分别为绪论，几何建模，流动分析与优化目标，设计理论、方法与策略，现代飞机气动设计案例，以及航空发动机设计案例。
本书主要面向航空宇航科学与技术、飞行器设计、工程力学、流体力学等专业的研究生，也可作为相近专业学生和技术人员的参考书。
（本文编辑：刘四旦）
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