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正文 第5章 第一枚“国家科学勋章”

作者:浩文|发布时间:2024-11-08 13:43|字数:3155

  公元1963年2月18日上午,美国白宫玫瑰园里宾客云集,热闹异常。由美国总统肯尼迪颁发的美国第一枚“国家科学勋章”的颁发仪式即将在这里举行。

  有幸获得这枚勋章的就是现代航空大师西奥多-冯-卡门。

  八十高龄的冯-卡门显得有点疲惫,由于患有严重的关节炎,所以下台阶时差点摔倒了,肯尼迪总统忙上前去搀住他。

  冯-卡门微微一笑,轻轻地摆脱了肯尼迪伸过来的手,意味深长地说:

  “总统阁下,下坡而行的人不需要搀助,只有那些举足登高的人,才渴望得到一臂之力。”

  当肯尼迪总统把金光灿灿的“国家科学勋章”挂上老人的脖子时,人们爆发出了长时间的热烈的掌声。

  白宫授勋仪式结束后,冯-卡门便乘飞机前往巴黎疗养。不久,老人因突发心肌梗塞在82岁生日前五天,心脏停止了跳动。

  冯-卡门这位现代航空大师,虽然永远地离开了我们,但是,我们从空中乃至宇宙空间越来越多飞行着的飞行器上,却无时不看到冯-卡门为现代航空学所建树的闪光的业绩。

  现代航空大师

  西奥多-冯-卡门于1881年5月11日出生于匈牙利。父亲莫里斯-卡门是布达佩斯大学的教育学教授,为匈牙利的教育事业作出了不朽的贡献,因此,受到皇帝的爵封,为他增添了封姓“冯”。

  父亲把自己长期实践所形成的一套教育理论,应用到对儿子的教育中。当儿子还在母腹中的时候,就给他讲故事、听音乐,实行胎教。后来,又对儿子进行了一系列的超前教育。

  良好的教育,极大地开发了小卡门的智力,六岁的时候,他就能够进行五位与六位数字乘法的心算,他还完全掌握了百分比的运算。

  小卡门的数学天赋使父亲惊叹不已,同时,为了对孩子进行全面教育,父亲又让他多接触一些人文科学方面的知识,以陶冶他的情操,升华他的灵魂。

  冯-卡门9岁的时候,就进入了当时匈牙利的国家级重点中学--明达中学,这里人才辈出,群星灿烂。

  冯-卡门的父亲又开始有意识地对他进行挫折教育,带领他到艰苦的环境中去生活一段时间,在物质上,也不是有求必应,故意给他制造一些挫折,以磨 他的意志,培养他具有百折不挠,屡挫屡奋的性格特征。

  而这种性格,使冯-卡门在今后的追求和探索中,能够一而再、再而三地跌倒了又爬起来,终于成为一代科学巨匠。

  冯-卡门在17岁的那一年,以优异的学习成绩从中学毕业,进入了约瑟夫皇家工艺大学,在这里他如鱼得水,如饥似渴地吮吸着知识的琼浆玉液。

  有一天,冯-卡门在工厂见习的时候,忽然发现一种引擎,在高速运转到一定的速度时,便不要命地颤动起来,并发出刺耳的噪音。

  冯-卡门便静下心来,认真地对这一现象进行了观察和研究,终于找到了原因。原来是阀门的开关与引擎的转速之间产生了共振。

  卡门便立即把这一现象提炼成一个数学表达公式,并根据这个公式推导出解决的办法。卡门的这一工作,受到了他的老师的高度评价,这位老师把他破格提拔为自己的助教。

  25岁那一年,冯-卡门以自己刻苦的学习和辛勤的努力,争取到了匈牙利科学院的奖学金,前往当时科学圣地--哥廷根。

  哥廷根是当时无数学者都向往已久的神圣的殿堂,是当时世界理论科学的研究中心,这里曾经培养了无数的学界名流,如数学大师希尔伯特、量于论的奠基人普朗克等。

  被誉为“空气动力学之父”的路德维希-普朗特也在这里执掌教鞭,冯-卡门来到哥廷根后,就投师于他的门下。

  普朗特不愧为大师级的教授,他主张从复杂的扑朔迷离的问题中,寻找出最基本的物理过程,然后再运用简化了的数学方法加以分析,从而把理论与设计结合起来。

  在普朗特的精心指导下,卡门利用学校里良好的实验条件,对一系列机械工程问题,特别是非弹性杆弯曲现象进行了系统的研究。

  1908年,冯-卡门顺利通过了博士论文答辩,并获得了博士学位,然后,他就赴巴黎学习考察。

  一个星期天,冯-卡门和几个朋友一起,到巴黎郊外去秋游,正好遇上了来自美国的莱特兄弟,正在进行飞机滑翔表演,尽管飞机的飞行距离不足两公里,但这次飞行,给冯-卡门留下了终生难忘的印象,并促使他从此献身于人类的航空航天事业。

  那一天回去以后,冯-卡门激动得彻夜未眠,他为人类终于飞上了天空而感到激动,同时,他又想自己应该如何为这一壮丽的事业添上绚丽的一笔。

  第二大,他就收到了导师普朗特从哥廷根寄来的邀请函。当时,普朗特正在筹建人类航空史上第一个风洞,并且正在设计“齐柏林号”飞艇。普朗特盛情邀请冯-卡门回去做他的助手,冯-卡门觉得这是一个千载难逢的好机会,便愉快地踏上了归途。

  冯-卡门从此开始了他作为航空科学家的生涯,1911年到1912年间,普朗特止在研究边界层分离现象。他让自己的一位弟子设计了一个小水槽,用以观察流体流经圆柱体后产生的分离现象。

  但是,在好几次的实验中,都出乎意料地发现水槽里的水流不断发生摆动。普朗特起初没有觉得有什么不对劲,他只是认为水槽做得不够对称。

  然而,无论怎么样调整实验装置,还是没有办法消除这种摆动的现象。

  冯-卡门看到这种情况后,把它当作一回事来看待,他经过长期的观察研究后,终于判明,流体在圆柱后面形成两排交叉的涡旋,而且这种涡旋是稳定的。

  冯-卡门把这种现象上升到了理论高度,并对此进行了数学分析,完成了两篇出色的论文,这一发现成为流体力学中一次重大发现。

  由于流体在经过障碍物的时候,在它后面留下两排交叉的涡旋,而这两排交叉的涡旋又好像是大街两旁的两排街灯,于是,后世便把这一现象叫做“卡门涡街”。

  风吹高压输电线所发出的嗡嗡的声响,潜水艇潜望镜对水流产生的激烈振动,飞行体受到空气阻力等自然现象,都是由于“卡门涡街”的结果。

  冯-卡门后来应聘前往亚琛任教,这时他已经成为世界上流体力学方面的理论权威。不久,在一位数学大师的极力举荐下,卡门来到亚琛工学院,担任了空气动力研究所的所长,并主持召开了三次国际应用力学会议。

  一次世界大战后,他曾经在匈牙利国家教育部任职。1912~1929年,卡门担任了亚探航空学院院长。

  冯-卡门把自己的一生都献给了科学事业,未曾婚娶,他的住房也就成了科学家们聚会的地方。

  这一时期,经过卡门和他的老师普朗特的精心研究,至今依旧困惑着人类的“湍流”问题,终于获得了重大的进展。

  他们第一次提出了“湍流”概念,把气体分子运动论的观点移用在这个问题上,并初步阐明了它的理论基础。冯-卡门还在1926年召开的一次国际性学术会议上,作了题为《湍流中的力学相似》的报告,获得了极大的成功。

  卡门和普朗特的这一成果,直到今天,仍然是工程湍流计算中的重要依据,成为流体力学的经典理论。

  1926年,冯-卡门应美国加州理工学院的邀请,前往美国西海岸的海滨城市帕萨迪纳,就任该院的航空研究生院实验室主任。

  从1930年到1942年,卡门所领导的加州理工学院航空实验室,成为国际流体力学研究中心。卡门在流体力学、湍流理论、超音速飞行、工程数学、飞机结构等方面,都作出了卓越的贡献,为航空技术奠定了扎实的科学基础。

  1936年,卡门和他的学生们一起,对火箭推进技术这一课题进行了深入的研究。

  为了研究用火箭来尽可能地提高和扩大飞机的性能,尤其是如何更有效地缩短从地面或航空母舰上起飞的距离,卡门和他的学生马利纳一起研制出飞机起飞助推火箭的样机。

  1935年,卡门前往罗马,参加国际高声飞行会议,和全世界许多著名的空气动力学家一道,探讨超音速飞行的可能性。

  卡门很清楚地看到了超高速飞行的重大意义,以及对美国空军的重大意义。回到美国以后,他便向美国政府建议,立即建造大型风洞,加快向高速飞行迈进的步伐。当时的美国政府没有采纳卡门的这一建议。

  与此同时,德国和意大利先后建立了高速大型风洞,并投入大量资金和人力,全力发展涡轮喷气技术,并成功地制造出了喷气式飞机,这对美国空军构成了重大的威胁。

  在这种状况下,美国政府才勉强同意建造四万马力大风洞和美国最大的工业风洞。后来的事实证明,卡门的这一建议对于美国空军的建设起了多么大的作用。

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