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“超声速时代之父”——美国空军科技奠基石冯·卡门
作者：佚名 转贴自：本站原创 点击数：268
西奥多·冯·卡门是20世纪最伟大的科学家之一。我国著名科学家钱学森博士是他的学生，并尊称冯·卡门是“全世界闻名的工程力学和航空技术权威”。冯·卡门在一生艰苦研究的基础上，对航空航天技术的发展有过很多重要的预见，后来都一一成为现实，例如超声速飞行、远程导弹、全天候飞行、卫星……
冯·卡门
冯·卡门1881年5月11日出生在匈牙利的布达佩斯，兄弟3人中他是最小的，还有一个妹妹。 冯·卡门他们的祖父是很有名望的犹太人，父亲是布达佩斯大学的教授，对冯·卡门的成长有很好的影响。1902年，冯·卡门在布达佩斯皇家理工综合大学完成了他的研究科目，获得硕士学位。1903—1906年，他在理工大学任职，而且是匈牙利一家发动机制造厂的顾问，在航空器结构和材料强度方面进行了一些有价值的工作。这段时间，他还到德国格丁根大学读博士学位，师从现代流体力学开拓者之一的路德维希·普朗特教授，1908年获得博士学位。
20世纪头十年，飞机刚发明不久，莱特兄弟试飞成功的消息传到欧洲，在欧洲特别是法国掀起一股“飞行热”，涌现出一批不屈不挠的航空先驱，法尔芒就是其中的一位。1908年的一天，冯·卡门亲眼目睹了法尔芒又一次打破记录的飞行。飞行结束后，冯·卡门从人群中挤过去，与飞行家之间有过一段精彩的对话。
冯·卡门问法尔芒：“我是研究科学的。有一位伟大的科学家用他的定律证明了比空气重的东西是绝对飞不起来的，怎么……”。法尔芒幽默地回答：“是那个研究苹果落地的人吗？幸好我没有读过他的书，不然，今天就不会得到这次飞行的奖金了。我只是个画家、赛车手，现在又成了飞行员。至于飞机为什么会飞起来，不关我的事，您作为教授，应该研究它。祝您成功，再见！”在回家的路上，冯·卡门坐在疾驶的车里久久地沉思。他对陪他一起来的一位记者说：“看来伟人的话也不一定都对。现在我终于决定我今后的一生该研究什么了。”冯·卡门拉住记者的手伸出车窗外，立刻有一股风吹过手面，他说：“我要不惜一切努力去研究风以及在风中飞行的全部奥秘。总有一天我会向法尔芒讲清楚他的飞机为什么能上天的道理的。”正是这次参观把冯·卡门引上了毕生从事航空航天气动力学研究的道路。
不久，他的老师普朗特邀请冯·卡门到格丁根大学去做他的助手，从事教学和研究工作。1912年，冯·卡门成为阿亨大学气动力研究所所长。他在那里工作了14年，在气动力学方面有许多重要突破，还为一些企业研制飞艇、全金属运输机、火箭担任顾问。
1926年，冯·卡门移居美国，指导古根海姆气动力实验室和加州理工大学第一个风洞的设计和建设。在任实验室主任期间，他归纳出钝体阻力理论，即著名的“卡门涡街”理论。这个理论大大改变了当时公认的气动力原则。他还提出了附面层控制的理论，1935年又提出了未来的超声速阻力的原则。1938年，冯·卡门指导美国进行第一次超声速风洞试验，发明了喷气助推起飞，使美国成为第一个在飞机上使用火箭助推器的国家。在他的指导下，加州理工大学一批航空工程师，包括他心爱的中国弟子钱学森开始搞喷气推进和液体燃料火箭，导致后来成立了喷气推进实验室。该实验室是美国政府第一个从事远程导弹、空间探索的研究单位，有很多重要的研究成果。
冯·卡门对人类实现超声速飞行的贡献是十分巨大的。1932年以后他发表了很多篇有关超声速飞行的论文和研究成果，首次用小扰动线化理论计算一个三元流场中细长体的超声速阻力，提出超声速流中的激波阻力概念和减小相对厚度可减少激波阻力的重要观点。1941年还发表了著名的高速飞行中机翼压力分布的计算公式——“卡门钱学森公式”，即冯·卡门应用钱学森1939年一篇论文的观点做出的亚声速气流中空气压缩性对翼型压强分布的修正公式。1946年，冯·卡门提出跨声速相似律，它与普朗特的亚声速相似律、钱学森的高超声速相似律和阿克莱的超声速相似律合起来为可压缩空气动力学形成一个完整的基础理论体系。同年，他在第10届莱特兄弟纪念演讲会上作了题为《超声速空气动力学的理论和应用》的重要演讲，向人们宣告了超声速时代即将到来。1947年10月14日，根据冯·卡门的构思而设计的X1火箭飞机终于首次突破了声障，把人类带入超声速飞行的时代。
第二次世界大战行将结束时，美国陆军航空队（美空军前身）司令阿诺德将军请教冯·卡门教授，要他评价美国航空技术发展的现状，预测未来20年、30年甚至50年的发展，并就如何确保美国空军未来的领先地位提出建议。1944年12月1日陆军航空队正式成立了科学顾问组，由冯·卡门任组长。它的任务是评价航空研究和发展的趋势，为空军准备有关科学技术事务的特别报告。
1945年初夏，冯·卡门受命，以少将军衔率领美国空军顾问团一行36人，赶赴德国考察纳粹德国秘密研究火箭技术的情况。通过这次调查，冯·卡门摸清了德国火箭技术的水平，返回美国后，先写出一份《我们在何处》的考察报告，对比了美、德两国在战争期间的科技发展，并指出美国已有可能研制射程达9 600千米的导弹。
接着，冯·卡门又拿出了名为《通向新地平线》的第二份报告。该报告包括25位作者的32份分报告，主题涉及从空气动力、飞机设计到炸药、末端弹道等。《通向新地平线》报告的主要观点是“科学是掌握制空权的基础”。报告强调，要成为航空大国，没有一劳永逸的解决办法，只有不断地加强研究和发展，才能确保国家安全。报告预测，新的作战能力肯定会陆续出现，超声速飞行是可能的，卫星和有相当精度的远程导弹将研制出来，涡轮喷气和涡轮螺桨发动机将取得重大进展。
1950年冯·卡门获美国空军协会大奖
报告中的各项建议在美国空军都得到了很好的贯彻，如组建了航空研究和发展司令部，后来改组为空军系统司令部，独立负责全空军的研究和发展工作。
冯·卡门1963年5月7日去世。在美国空军成立50周年纪念文集中，很多人认为，在阿诺德对美国空军未来发展所做出的所有贡献中，最重要的是他依靠冯·卡门为美国空军打下了科技建军的坚实基础。多亏有了不断创新的技术，美国空军才能一路乘风破浪，包括美国空军在1991年海湾战争中大获全胜都是阿诺德和冯·卡门开创的技术进步结出的硕果。
从神童到科学家的冯·卡门
1886年，冯·卡门出生在匈牙利布达佩斯。他的父亲是大学教授。冯·卡门自幼就有极强的心算能力，9岁进入中学。1909年在哥廷根大学任编外讲师，在此期间对空气动力学产生兴趣。1911年提出著名的“卡门涡列”。这是对飞机飞行中的一种阻力即型面阻力的发现。由于“卡门涡列”的发现，使人们对球、圆柱体之类的曲面物体的型面阻力得以进行精确计算。它成为飞机、舰船和赛车设计的理论基础。1927年以后，冯·卡门对空气紊流现象进行了深入研究，据此写出了《紊流的力学相似原理》和《紊流理论》。他在这两本著作中所提供的一系列方法，为航空、航天、石油等领域的发展提供了科学依据。1963年2月18日，美国总统肯尼迪亲自向冯·卡门颁发了美国第一枚国家科学勋章。1963年5月7日，冯·卡门在亚琛病逝。
西奥多·冯·卡门是20世纪最伟大的科学家之一。我国著名科学家钱学森博士是他的学生，并尊称冯·卡门是“全世界闻名的工程力学和航空技术权威”。冯·卡门在一生艰苦研究的基础上，对航空航天技术的发展有过很多重要的预见，后来都一一成为现实，例如超声速飞行、远程导弹、全天候飞行、卫星……
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