等发表了许多重要见解和主张。在第四次座谈会上作了“宇宙飞船的回地问题”的中心发言，对气动减速、气动加热、烧蚀防热、回地轨道设计等问题进行了细致的分析，还提出了利用举力面的设想。随后，当研制人造卫星提到议事日程上时，郭永怀参加了负责卫星本体设计的人造卫星研究院的领导工作。1964年，郭永怀参加了再入物理工程的筹备工作。他认为应将再入物理现象的研究作为这个项目的理论研究方向，并明确提出建立高温物理所的主张，对实验设备的筹建工作他亦费尽心血；1967年，郭永怀参加了空气动力学研究院的筹建工作，担任了主管技术工作的副组长。他首先就空气动力学研究院的服务对象、研究手段、重点设备、测试方法等提出了建议，并和钱学森一起为该院规划了蓝图，为以后空气动力学研究发展中心的建设奠定了基础；为了发展我国的“两弹”事业，郭永怀更是呕心沥血，从理论到实践都作出了重要贡献，他多次赴现场参加准备工作。1968年12月5日，郭永怀从青海试验基地赴北京汇报。飞机降落时发生坠毁事故，他不幸遇难，时年59岁。飞机失事临难的最后一瞬间，他与警卫员抱在一起，用身体夹住了装有宝贵科研资料的公文包
　　。同年12月25日，国家内务部追认他为革命烈士。
　　从外貌看，郭永怀身体瘦弱，年不到半百便已双鬓斑白，平时不苟言笑，总爱沉思。他工作起来，精力却是超人的。1963年迁往海拔3000米以上的青海基地后，他与许多同事都有了高原反应。为了及时研究新情况，郭永怀频繁往来于北京和基地之间，每次又会增加一次身体不适应，严重损害了健康。有人劝他少跑一些，他为了工作全然不顾。在生活上，郭永怀的简朴也出了名，一支钢笔从中学时代竟一直使用到牺牲。 周恩来叮嘱郭永怀等科学家不要乘飞机。郭永怀为赶进度仍经常飞来飞去。1968年12月初，他在青海基地发现一个重要数据，急于赶回北京研究，便搭乘了夜班飞机。12月5日凌晨，飞机飞临北京机场，距地面约400米时，突然失去平衡，偏离跑道，扎向1公里外的苞米地，腾起一团火球。当人们从机身残骸中寻找到郭永怀时，吃惊地发现他的遗体同警卫员紧紧抱在一起。烧焦的两具遗体被吃力地分开后，中间掉出一个装着绝密文件的公文包，竞完好无损。可以说，在飞机遇险、生命将尽的最后瞬间，郭永怀想到的只是用身体保护对国家有重要价值的科技资料！ 周恩来得知郭永怀牺牲的消息，眼睛顿时湿润了。钱学森更是伤感不已地叹息：“一个全世界知名的优秀力学专家离开了人世。”如今，我国空气动力中心大院的松林山上建有一座纪念亭，上面刻着张爱萍将军所书的三个大字———“永怀亭”。
　　郭永怀的生活年代恰逢清朝末代皇帝溥仪登基到中华人民共和国成立直至“文化大革命”我们国家沧桑巨变的60年，也是人类从莱特兄弟第一次飞行到美国实现阿波罗登月计划，跨入空间时代突飞猛进的60年。郭永怀为我国的力学事业，也为人类的航空航天事业奉献了毕生的精力。他的学术成就和高尚品德是每个中国人、每个力学工作者值得引以自豪的。为了表彰郭永怀的功绩，中华人民共和国内务部于1968年12月25日授予郭永怀烈士称号。

主要贡献

　　郭永怀是唯一一位为中国核弹，氢弹和卫星实验工作均作出巨大贡献的科学家。
　　在中国开始研制核武器时，他负责动力项目研究。提出了“铁条包布”的设计思想。为核武器真正武器化做出贡献。
　　1956年年底，刚刚成立几个月的力学研究所迅速发展为全国力学研究中心。不久，郭永怀受命出任研究所常务副所长。
　　1958年，中国科学技术大学创建了化学物理系，郭永怀出任首任系主任。这期间，郭永怀创办了《力学学报》和《力学译丛》，并亲任主编，翻译出版了《流体力学概论》等多部学术名著，先后开展了新兴的高超声速空气动力学、电磁流体力学等多项课题的研究，其成果不断引起国际科学界瞩目。
　　在中科院组织的星际航行座谈会上，郭永怀提出我国要发展航天事业，并就运载工具、推进技术等问题发表了许多重要见解。不久，他当选为中国航空学会副理事长。
　　1965年，我国将研制发射地球卫星提到议事日程上来，郭永怀负责人造地球卫星设计院的领导工作。
　　郭永怀还负责指导反潜核武器的水中爆炸力学和水洞力学等相关技术的研究工作。此外，在潜-地导弹、地对空导弹、氢氧火箭发动机和反导弹系统的研究试验中，他都作出了巨大贡献。
　　在郭永怀的努力下， 1966年10月27日，我国第一颗装有核弹头的地地导弹飞行爆炸成功！1967年6月17日，我国第一颗氢弹空爆试验成功…… 郭永怀牺牲的第二十二天，我国第一颗热核导弹试验获得了成功！

攻克“突破声障”的理论堡垒

　　1908年，莱特兄弟实现了人类飞行的梦想。到三四十年代，飞机平均时速达到了三四百公里，人们正在为进一步提高飞行速度而奋斗。这是航空发展史上第二个里程碑。为了提高飞行速度，在技术上遇到了极大的困难，也就是说，当飞机以接近于声速的速度飞行时，阻力剧增，升力骤降，头重尾轻，舵面失灵，甚至机翼、机身发生强烈振动。因此，跨声速流是当时摆在力学家和航空工程师面前的一个艰巨课题。人们形象地称这一难题为“声障”。
　　在理论上进行研究也有很大困难。一方面，在跨声速范围内，即使是薄翼和细长体，线性化理论不再适用，必须考虑非线性效应；另一方面，由于出现兼有亚声速与超声速区域的混合流动，必须发展混合型方程的理论，尤其是当来流速度超过某一临界值以后，会出现激波，所以，在流场中存在着未知的间断面，通过该间断面，物理量的变化是不连续的。20世纪三四十年代，在冯卡门领导下，有一批科学家聚集在美国加州理工学院的古根海姆航空实验室为攻克这个堡垒进行了大量艰苦的研究工作。其中，郭永怀在跨声速领域的理论研究方面作出了杰出贡献。
　　郭永怀对跨声速流动不连续解的研究不仅在数学上有创见，即采用了渐近分析方法来克服超几何级数收敛缓慢的困难，更重要的是，他与钱学森一起，在《可压缩流体二维无旋亚声速和超声速混合型流动和上临界马赫数》一文中提出了所谓“上临界马赫数”的概念，回答了机翼上何时会出现激波这个重要的理论问题。尽管人们当时凭直觉已经意识到激波的出现是气动特性改变的主要原因，但起初往往只注意下临界马赫数（即流场中第一次出现声速的飞行马赫数）这个参数。郭永怀的连续解说明，即使飞行速度超过了下临界马赫数，在理论上连续解依然可能存在，只有当飞行马赫数超过了上临界马赫数（即流场中第一次出现极限线的马赫数）时才会出现激波。这时等熵流动条件破环，流动出现分离与旋涡，流体的一部分机械能转变为热能。所有这些因素都会严重地改变流场与气动特性。所以，真正有实际意义的是上临界马赫数，而不是下临界马赫数。这是一个重大的发现。郭永怀还进一步用稳定性理论解释实际临界马赫数会介于上下临界马赫数之间的原因，这也是对高性能气动外型的设计的先驱性工作。
　　郭永怀对激波与边界层相互作用的研究回答了激波是怎样影响翼剖面气动特性的这个重要问题。在这一时期，已有的简化模型只在速度型上逐步接近实际，但均未考虑粘性效应，所以至多给出定性结果。郭永怀用两种不同途径直接考虑了弱激波从平板边界层的反射，得到了平板上压力分布、流线曲率、分离点等物理量的变化规律，包括层流与湍流边界层的情况。他的结论同里普曼的实验结果十分一致。这对于机翼上出现激波后，气动特性的变化的分析研究具有深远的意义。

发展奇异摄动理论

　　在20世纪40年代，由于计算机的发展还处于初级阶段，而在流体力学中只有罕见的几个准确解，所以，寻求物理问题的近似解析解颇受青睐。