航空航天工程：飞机、火箭和宇宙飞船中的空气动力学原则与应用
Aerospace Engineering: Mapping out Our Future
适合专业或兴趣方向 Interests：
航空航天工程，机械工程，天体物理
学习目标 Learning Objective
★ 深入理解空气动力学的基本概念和重要理论，对流体力学有一定的认识
★ 明白飞行器的升力来源，火箭发动机的动力来源，对相关的核心设计原则有一定认识
★ 了解航空航天前沿动态，认识未来航空航天科技的挑战和发展机遇
★ 培养相关知识的迁移能力，懂的如何将相关设计理念应用于非航空航天领域
项目收获 Program Outcome
· 教授官方的个性化定制推荐信
· 科研项目成绩单
· 学术评估报告
· 独立第一作者全文发表的EI/CPCI索引的国际会议期刊
项目介绍 Program Description
人类在征服大自然的漫长岁月中，早就产生了翱翔天空、遨游宇宙的愿望。在生产力和科学技术水平都很低下的时代，这种愿望只能停留在幻想的阶段。虽然人类很早就做过种种飞行的探索和尝试，但实现这一愿望还是从 18 世纪的热空气气球升空开始的。1903年莱特兄弟成功完成了人类历史上第一架飞机的试飞，1957年人类的第一颗人造卫星斯普特尼克1号成功发射，再到后来加加林首次进入太空，阿姆斯特朗第一次登上月球，2020年SpaceX公司的商业航天飞船“天龙号”升空。仅用了100余年，人们在航空航天领域的进步突飞猛进，大航天时代即将来临。无论是民航飞机、军用飞机，还是火箭、宇宙飞船，这背后都少不了基础科学研究的身影，而其中非常重要的一个领域则是空气动力学，空气动力学是流体力学与气体动力学的一个分支，主要研究物体在空气中运动时的受力情况，以及如何利用气体的力的作用。空气动力学的研究促进了飞机机翼的结构的设计发展，让飞机在向前飞行时能够得到升力，向上爬升；而空气动力学的应用不止于此，在汽车领域，应用空气动力学的原理的设计为向前行驶的车辆提供下压力，让汽车轮胎稳稳地抓住地面；在跳台滑雪中，空气动力学的理论帮助运动员更好地设计空中姿态，让他们飞的更高更远……
正是在此基础上，本课题将以航空航天工程为一个案例，基于流体力学的视角，深入讨论空气动力学的基础理论与实际应用。学生将在教授的引导下，对空气动力学的诸多理论进行学习，之后对飞机、火箭等航天器和其他领域的应用案例进行了解。课题还将对航天器的能量来源，推进装置等进行介绍。在课题结束的时候，学生将明白飞行器与航天器的一般设计原理和动力来源，也将对时下最前沿的SpaceX公司的商业航天飞船的独特设计有自己的理解。
导师介绍 Instructor Introduction
伦敦大学学院机械工程学院终身教授
担任英国工程与自然科学研究理事会(EPSRC)高级研究员
剑桥大学数学系博士学位
研究领域: 流体力学，数学建模及航空航天工程
任职学校 University / College
伦敦大学学院（University College London）, 是一间创建于 1826 年的综合大学，也是伦敦大学联盟的创校学院及规模最大的校区。UCL 是第一间在招生上不论种族，宗教和政治的英国大学，是英国教育平权的先行者。UCL 一直以来与牛津大学、剑桥大学、帝国学院和伦敦政经学院一起并称为 G5 超级精英大学和金三角名校，它同时是罗素大学集团的成员。2020-2021 年度，UCL 居 QS世界大学排名第 8，THE 世界大学排名第 16。
Lecture 1 : | Object: Scope of Course; How to solve aerospace problems;Fundamental concepts in incompressible fluid mechanics 目标：课题视角概况；我们该如何解决航空航天的问题？不可压缩流体力学的基本概念 Description: We introduce the subject of aerodynamics and discussthe different ways in which we study this area, discussing the useof experiments, theory, and computational fluid dynamics. Thefundamental conceptual building blocks for this subject aredescribed, starting from Lagrangian / Eulerian representation andthe looking at integral / differential forms and diagnostics.介绍：我们将介绍空气动力学的核心概念，并讨论我们学习该领域内容的方法，讨论实验、理论和计算流体力学的用途。该次课的内容将包含本领域内的核心概念模块，如流体力学中的拉格朗日描述和欧拉描述、微积分式的查看方法等。 |
Lecture 2: | Object: Lifting Surfaces and aerofoils 目标：升力面与翼型 Description: The most important surface in aerodynamics is thelifting surface. We cover the basic elements of lift and the manyways to interpret its effect on the flow. Using quite classicalideas, we cover how lift actually occurs and special elements aboutthe surface. Lifting surfaces are also important for developingthrust – either through propellors or gas turbine engines, whichare also discussed. 介绍：空气动力学中最重要的表面就是升力面。我们将介绍升力的基本要素以及解释其对流体影响的不同方法。我们将通过经典的理论范畴学习升力是如何产生的，以及升力面的特殊元素。尽管航天航空器的推力主要是由螺旋桨和涡轮发动机产生，但升力面对推力的产生也有着重要的作用。 |
Lecture 3: | Object: Fundamentals of compressible fluids mechanics; Shocksand Expansion Fans 目标：可压缩流体力学的基础理论、冲击与膨胀风扇 Description: In this session, we start to look more at compressiblefluid mechanics which is important for flows which are movingquickly. We cover the different types of special flow patterns –shocks and expansions – and where the occur in practical problems.We cover some of the differences that occur at high Mach number andhow this influences propulsion technologies. 介绍：在本节中，我们将开始更多地研究可压缩流体力学，这一学科分支主要应用于高速移动的流体。 我们将介绍不同类型的特殊流动模式，如冲击和扩张，以及其在实际问题中应用的场景。 本次课也将介绍高马赫数所造成的差异以及这些差异对于航空器推进技术的影响。 |
Lecture 4: | Object: Laval Nozzles and Rocket Design 目标：拉法尔喷管与火箭的设计 Description: A fundamental building block of rockets is the Lavalnozzle which is used for maximizing thrust. We cover the elements ofthe design and how this affects rocket engines. We cover someelement of Space X. 介绍：火箭的基本组成部分便是拉法尔喷管，这一结构主要用于将火箭的推力最大化。我们将从火箭设计理念的角度出发，了解这一结构如何影响火箭结构。我们也将在本次课中介绍Space X公司的新型火箭。 |
Lecture 5: | Object: Spacecraft reentry; Hypersonic craft; Future gaps inaerodynamics 目标：航天器的大气再入；超音速飞行器；空气动力学的未来挑战 Description: Lastly we cover some of the new areas of aerodynamicsand where the new technologies are heading. 介绍：在最后一次课中，我们将了解空气动力学的最新发展以及我们可能在未来几年见到的最新科技。 |
Lecture 6: | Summary, and Q&A 最终成果展示、课题答疑 |