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| | 冯·卡门
| | | | 74．现代航空大师
[匈牙利一美国』冯·卡门(1881—1963)
德国火箭科学家冯·布劳恩曾说：“冯·卡门是航空和航天领域最
杰出的一位元老，远见卓识、敏于创造、精于组织……正是他独具的
特色。”鉴于冯·卡门在科学、技术及教育事业等方面的卓著贡献，美
国国会授予他第一枚“国家科学勋章”。
1963年2月18日上午，白宫玫瑰园名人聚集，宾客如云，授勋仪
式即将举行。当年迈的冯·卡门走下台阶时，他因患有严重的关节炎
而步履不稳，险些摔倒。年轻的总统赶紧走上前，一把将他扶住。老
人抬头报以感激的微笑，继而轻轻推开总统伸出的手，淡淡地说：“总
统先生，下坡而行者无须搀扶，惟独举足高攀者才求一臂之力。”
一枚最高荣誉的勋章，一句含义双关的俏皮话，便是他那具有传
奇色彩的人生写照：勋章标志着他在科技事业中的伟大功勋，而俏皮
话则刻画了他那丰富多彩的个性品质及对科学事业的殷殷关切之
心。
20世纪科学技术得到了迅猛发展，然而像冯·卡门那样在航天
技术中独领风骚的人物则凤毛麟角，几近绝迹。因而他被后人誉为
“航空航天时代的科学奇才”。
丰姿多彩的—生
西奥多·冯·卡门(。rlheodoreVonKannan)是匈牙利力学家、航空工
程学家，1881年5月真1日出生于布达佩斯。其父英里斯·卡门是布
达佩斯获彼得·派斯马克大学著名的教育学教授，曾担任全国教育委
员会秘书长，是位多才多艺．有着献身精神的学者。幼小的卡门很崇
拜和爱戴自己的父亲，并希望长大后成为父亲那样的人。其母亲出
身于书香门第。夫妻相敬如宾，家庭生活美满幸福。
童年时代的卡门很有数学天赋。6岁时就能在不到一分钟的时
间里心算出6位与5位数学的乘法，他还掌握了百分比的运算n卡
门这种数学天赋很快让父亲担忧，怕他日后会畸形发展?于是，父亲
便采取措施，一方面抑制他在数学方面的智力发展，一方面督促他学
习地理、历史，诗歌等人文科学。卡门一生崇尚人文主义，这跟他父
亲的引导是分不开的。
1890年，9岁的卡门进入明达中学。这所中学是他父亲教育改
革的活样板，被后人誉为“名人摇篮”。那里的师生关系融洽，追求民
主、教师不是用“填鸭式”，而是采用形象生动、循循善诱的方式传授
知识。这种教学方式不仅启发了卡门在教育方面的改革创新，也诱
发了他探索自然奥秘的好奇心。“为什么落下的雨点有大有小”“空
气为什么看不见”等等，以及法国大学者庞加莱的名著《科学与假设》
都深深地吸引了小卡门，让他模糊地意识到，世界远比人们看到的要
复杂得多。自此，他不仅细心地观察周围世界，还深入思考，从而养
成了沉思的良好习惯。
1898年，17岁的冯·卡门作为一名中学优等生进入约瑟夫皇家
工艺大学就读。在大学里，他一直保持着深思的良好习性，常常沉湎
于丰富多彩的科学思索中。一次偶然的机会影响了他的人生走向。
他发现有一种引擎在运转到某一速度时便会颤动起来，且发出很大
的噪音。他颇觉奇怪，于是进行深入细致的观察。原来是阀门的开
关与引擎的转速之间产生了共振，凭着深厚的数学功底，卡门很快
便把这一现象提炼成一个数学问题，并提出了圆满的解决方法，这就
是他后来写的第一篇作品。从此，卡门发现自己在理论分析方面的
才能，感到不应该只当一个仅会应用已有知识的工程师，而应当成为
一个真正的科学家，去发现新的自然规律。
大学毕业后，卡门进入奥匈帝国军队，一年后复员，到布达佩斯
工业大学跟彭基当助教。
1906年，赴哥廷根大学深造。在那里卡门跟随现代“空气动力
学之父”普朗特研究材料力学，与德国物理学家玻恩合作研究晶体原
子结构模型。两年后的秋天他再次返回哥廷根大学，当了3年编外
讲师。这期间，他提出了著名的“卡门旋涡”理论。第一次世界大战
中，他曾设计制造了最早的系留式直升飞机。战后返回德国，在亚琛
工学院当航空系教授。
1930年，卡门提出“紊流理论”即紊流的对数定律。而后因第二
次世界大战阴影，他离德去美，且一直在帕沙迪纳加州理工学院执
教，并加入了美国籍。晚年的冯·卡门帮助创办了世界上最大的火箭
制造企业——航空喷气公司，这是通用航空喷气公司的前身。它开
辟了喷气式飞机横跨大洋、火箭导弹在空中穿梭的新时期。此外，他
还为组建北约航空顾问团、筹建国际科学合作组织四处奔波，精心指
导、热情帮助世界各国发展航空工业。可以说，他的足迹几乎遍布全
世界。
1963年5月7日，即白宫授勋之后仅仅过了两个多月，这位老人
便因心脏衰竭而辞别了人间，享年81岁。
征服风神的航天奇才
哥廷根大学是18世纪创建的第一所古老的普鲁土大学，当时是
世界理论科学的中心。它那自由民主的教学，研究氛围．孕育出众多
杰出的大科学家，如数学大师高斯、希尔伯特及量子理沦的奠基人普
朗克等等，哥廷根还是近代流体力学的发祥地，被誉为“空气动力学
之父”的路德维希·普朗特当时也正在那儿主持工作。因此，常有大
批的科学明星荟萃于哥廷根，举行一系列学术讨论会。卡门置身于
这些科学大师中，被他们敏捷的思维、丰富想象及创造的激情所深深
吸引，大大地扩展了他的眼界。日后的他之所以能在航天技术的广
阔领域中作出巨大贡献，与他这段时期打下的广博基础是密切相关
的。而卡门之所以能在运用数学工具解决工程问题方面高人一筹，
这也得归功于希尔伯特与克莱因这两位数学大师的熏陶。
哲学上讲，外因通过内因起作用。有了良好的外部条件，还得发
挥自身的主观努力，而成功的机遇也往往垂青于那些思想敏锐又有
准确的头脑的人。在1911年至1912年间，卡门的教师普朗特正在
做实验研究边界层分离现象，在利用水槽观察圆柱体后面的分离现
象时，他意外地发现，水槽里的水流不断发生摆动，但他并未深究这
一现象，只是把原因归结为圆柱不够圆，或者水槽做得不对称。但
是，无论如何调整实验装置，这种摆动仍然存在。
然而这一现象却引起了卡门的高度重视，他敏锐地意识到现象
背后一定有某种规律存在。经过深人的实验研究，卡门终于发现，流
水在圆柱后面形成的是两排交叉的涡流，当气流和物体之间附壁作
用失效，并在物体后面乱成一股尾流时，就会产生一种阻力，卡门将
这种阻力定名为型面阻力。卡门还通过数学分析，从理论上证明只
有交叉排列的涡流才是稳定的，才能避免尾流阻力。后来这种涡流
被人命名为“卡门涡列”。由于它们像大街两旁的两排路灯，故有时
也称之为“卡门涡街”。
流体流经某个障碍物时便会在它后面留下两排交叉的涡旋，这
种现象对常人而言并不陌生。早在意大利的一幅著名宗教画中就曾
画有这种涡旋。当人站立在沙河中时，也可看到河底的泥沙层层泛
起，并在腿后面形成两排沙粒涡流：再比如，风吹高压输电线发出的
嗡嗡声响．潜望镜产生的激烈振动等等，都与这种“卡门涡列”及所产
生的阻力有关。这个发现的现实意义是巨大的。首先，卡门从理论
角度阐明这一现象，并为在一定条件下运动的物体提供了一幅尾流
结构的科学图形。其次，在了解了尾流结构之后，人们才能对球形、
圆柱体之类曲面物体的型面阻力进行精确计算。这样，科技人员才
能借助这些数据，明白如何利用流线型来最大限度地减少型面阻力。
因此，它成了飞机，船舶和赛车、桥梁设计的理论基础。在美国西雅
图附近的一座横跨塔科马海峡的大桥，因未考虑到型面阻力，终于因
1946年11月7日的八级大风，在强烈的“卡门涡列”的作用下崩塌。
这一重大事件再一次证明了“卡门涡列”及其所产生的型面阻力在现
实生活中的重要意义。
此后，卡门又提出了一个类似的理论，即“紊流理论”。
“紊流”是引起飞机减速和颠簸的一种自然现象，是20世纪20
年代设计高速，高效飞机的一大障碍。卡门在前人研究成果的基础
上，经过潜心钻研，最终提出紊流的对数定律。他指出，表面看似杂
乱无章的紊流运动，在内部却存在着可预测的某种有序结构。这一
理论很快成为当时预测飞船表面空气阻力的手段，它所绘出的管道
中液体运动的公式及数学概念分别在石油工业及喷气式飞机和火箭
学上得到广泛应用。之后，卡门又研究紊流附面层理论及紊流的设
计理论。这些都大大地促进了航天技术的飞跃发展。
卡门不仅在理论上，而且身体力行地为发展航空工业而努力。
第二次世界大战中，卡门组织并领导了一个由36位专家组成的科学
顾问团，这个智囊团在凋查研究德、日军事科技的基础上，向美国当
局递交了题为《朝着新水平前进》的报告。报告在论证科学组织重要
性的同时，具体探讨了超声速飞机和火箭的技术问题，还指出科学是
空中霸权的关键。这份报告促成了美国众多军事研究机构的建立，
如兰德公司等。到1957年，美空军力量大大增强，火箭导弹大量生
产，超音速飞机可横越大洋，人造卫星也即将上天……卡门也被称为
是美国空军的守护神。
卡门还倡导建立了国际宇航科学协会，以推动国际宇航事业的
发展。他还精心地指导了世界各国航空工业的发展，旧中国脆弱的
航空事业也曾受到他的指点。他还为中国培养了一些出色的科学
家，如钱学森、郭永怀等。无可否认，卡门被称为现代航空大师是当
之无愧的。
鲜明的个性独特的教学
科学成就的大小往往与科学家本人的个性品质相联系。卡门的
成功一部分得益于他那开朗幽默、独立民主的性情。
作为一名伟人，显贵、阔佬、军政领袖都竭力想与他交朋友，卡门
也乐意与他们交往，他是属于上流社会的。然而，卡门并不是个势利
小人，他会毫不迟疑地把一个花匠介绍给达官显贵们，并且一视同
仁。他曾说过，爱因斯坦诚恳而善良的灵魂正是他所毕生追求的。
卡门幽默风趣，爽朗而又健谈。他乐于谈论风流韵事，且会出其
不意地说些稀奇古怪的片断。他那诙谐的腔调常逗得那些严肃古板
的人都捧腹大笑。卡门还善于把享乐和事业结合起来。他有一种特
殊能力，表面上从事某种活动，脑海里却进行着自己的科学思考。他
常会在聚会中溜走一两个小时，去推导一个方程或拟写一篇论文，然
后再若无其事地回来，重拾他的话题。
卡门这种开朗奔放．无拘尤束的性格也反映在他的教书育人上。
他认为，师生之间没有贵贱之分，只是贡献和学历上的差别，而
且教与学是相长的。在教学方法上，他主张采用简单直观的方式，略
去次要细节，抓住本质，采用形象的比拟和直观的图解，并要根据学
生的平均水平进行讲解。据说，卡门在推导公式时，常会先陷进自己
故意设置的死胡同，然后再以高度技巧从困境中摆脱出来。学生们
寸而屏息无声，时而惊呼叫绝。在学生看来，他就像在耍木偶，把死
东西玩儿活了。卡门就是在这种活泼紧张的气氛中把知识传授给了
学生，此外，卡门还倡导自由讨论的民主学风，鼓励自由创造。人们
围坐在一起，下棋，聊天，更重要的是交流学术思想，洁白的桌布上往
往写满了数学方程式，而许多创造性的思想也就在这种无拘无束的
氛围中孕育而成、卡门倡导的这种学术讨论，不仅开阔了学生的思
路，也激发了学生的创造热情。卡门的教学方法在他1929年出任
GALCIT(航空研究实验室的简称)主任时得到了淋漓尽致的发挥，并
收到了极好的效果。
有人曾把他和文艺复兴时期的达·芬奇相提并论，认为达·芬奇
创造了新奇的机件，而卡门则培育出大批杰出的人才。他的学生遍
及五大洲，人称之为“卡门科班”，他为教育事业作出了杰出的贡献。
冯·卡门无疑是位名副其实的科学奇才。他在航空事业上的卓
越成就是无可辩驳的。航空学和航天学上一些最光辉的理论、概念
都是以他的名字命名，月球上也有一个名为冯·卡门的陨石坑。而航
空史上令人瞩目的里程碑，如齐柏林飞艇、风洞，滑翔机和火箭……
可以说20世纪的一切实际飞行和模拟飞行的成功都与他有密切的
关系。他在航天技术中乘风扶摇，大展才略，掀开了航天史上一页页
的新篇章。
卡门事业上的成功令人崇拜，而他的思想个性和为人处世一样
为人们所敬仰。晚年的他虽有些虚荣，但他并不专横，也不老朽。在
年过七旬之后仍然频繁地周游列国，为世界和人类的进步而工作着。
而他培养的“卡门科班”也会让世人永远谨记。
如今，这位一代风流式的人物已离我们远去。然而，那蓝天白云
里的飞行物体将会铭刻着那个名字——西奥多·冯·卡门。
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