1 概 论

　  随着蒸汽机技术、火炮技术，特别是航空技术发展的需求，在20 世纪前叶形成了以F.克莱茵(F. Klein), L.普朗特(L. Prandtl)和西奥多·冯·卡门(Th. von Kármán)为代表的德国哥廷根应用力学学派。到1930 年西奥多·冯·卡门就任美国加州理工学院古根海姆航空实验室(GALCIT)主任以后，造就了最为著名的应用力学学派。钱学森教授是其中的杰出代表，他有力地推动了高速空气动力学和喷气推进技术的发展。

　  可以重温一下航空技术头50 年的空气动力学发展史。自1903 年莱特兄弟开创航空动力飞行以来，在理论研究上，L.普朗特(L.Prandtl)首先提出的边界层理论(1904)具有划时代意义。其后，J.杜兰德(J .Durand)于1934 年主编出版了6 卷《空气动力学》(其中有一章叙述可压缩流体力学)，这是一套百科全书，汇总了那时以前空气动力学取得的成就。1935 年，第5 次Volta 学术会议召开，应用力学学派的大师们讨论了“航空中的高速问题”，使这次会议成为通向高速空气动力学的里程碑。再后，到1950 年代，《高速空气动力学与喷气推进》丛书陆续出版，又具有里程碑的特征。所以西奥多·冯·卡门在纪念航空50 周年时撰写的《空气动力学的发展》(1954)中指出：“空气动力学所经历的路程并不比航空技术的发展有何逊色。我们对于为什么飞行和如何飞行的知识在广度和深度上的增长都是异常惊人的”；“这门科学的发展是数学人和有创造力的工程师通力合作的一个稀有例子。从纯数学家的园地中出来的数学理论居然被发现适宜于用来描写飞行器绕流，而且异常精确，可直接应用于飞机设计”[1]。这段话总结了头50 年的历史经验：建立了空气动力学的系统理论，善于用数学工具来表述这些理论。钱学森先生在1940~1950 年代就预见到[2-3]，许多领域的高新技术正在兴起，他拓展了应用力学的概念，认为应该大力发展一批应用科学(包括应 用 力 学在内)， 统称为技术科学(EngineeringScience)。这样在人们原来划分的自然科学(指基础科学)和工程技术两个层次之间增加了一个技术科学层次，“我们需要自然科学、技术科学和工程技术三个部门同时并进”。他主张，技术科学的研究目标是“创造出工程技术的理论”。他为此又指明了技术科学的方法论，其要点为：(1) 研究技术科学离不开数学工具，必需掌握数学分析和计算的方法；(2) 关键的是对所研究的问题有认识，这里包括确定该问题的要点和现象中的主要因素，为此要收集资料，特别是实验数据和现场观察数据，接着就是创造的过程：运用自然科学的规律摸索解决问题之路，这条路反映了我们对所研究问题的认识；(3) 下一步就是建立模型，吸收一切主要因素，略去次要因素，着重考虑该问题中某一方面的本质；(4) 再下一步就是分析和计算，要正确运用科学规律和恰当的数学方法，由此得出的具体数据结果要和事实相对比，从而检验我们建立的工程技术理论是否正确。总之，“技术科学是从实际中来，也是向实际中去的”。自 20 世纪50 年代到现在，又过去半个多世纪了，高新技术更新换代，技术科学面对的工程技术问题越来越复杂，往往涉及多学科交叉，涉及多尺度系统和多物理系统。我们的研究手段，除了原有的模型理论分析和实验观测以外，又增添了强有力的数值模拟手段(在流体力学领域称为计算流体力学CFD 手段)。对于上述复杂系统，只有数值模拟是最适用的手段，但是数值模拟是离散的，难于写出数学表达式而形成理论。所以当前的问题是：技术科学怎样来“创造出工程技术的理论” 呢？ 这是大家需要思考和讨论的问题。

　  近 10 年来，我们开展生物飞行和游动的仿生研究和气动加热几个新问题的理论研究，学习并运用技术科学方法论，进行实践，初见成效。今分别举例如下，请大家批评指正。