神马文学网“卡门-钱近似公式”
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/20 04:01:34
“卡门-钱近似公式”
冯·卡门整整年长钱学森30岁，是两代人。在冯·卡门身边，钱学森经历了“三部曲”：
最初是学生，逐渐成为得意门生；
接着，钱学森成了冯·卡门的助手；
最后，钱学森成了冯·卡门在科学研究中的最密切的合作者，甚至创立了用两人的姓氏命名的“卡门-钱近似”公式。
冯·卡门当时是世界空气动力学的权威。钱学森在冯·卡门的指引下，闯进空气动力学这片正待开发的密林。
空气动力学是力学的一个分支，是航空工程的基础理论。航空要解决的首要问题是如何获得飞行器所需要的举力、减小飞行器的阻力和提高它的飞行速度，这正是空气动力学需要研究和解决的课题。
钱学森进入空气动力学研究领域的时候，恰恰赶上世界航空工业大转折的时代：从老式的螺旋桨飞机向喷气式飞机发展，飞机正处于追赶甚至超过音速的时代。
声音在空气中的传播速度，在一个标准大气压条件下大约为340米／秒，亦即1224千米/时。这叫音速，也叫声速。音速，仿佛成了划分飞机飞行速度的里程碑。
早年的老式螺旋桨飞机，用活塞式发动机推动，飞行的速度远远低于音速。当时能够到达时速750千米，算是很不错的了。
要想提高飞机的速度，必须采用崭新的发动机。20世纪20年代末，英国空军教官弗兰克·惠特尔提出了喷气发动机的设想。但是在当时这一设想如同科学幻想，还很遥远。直到1935年，惠特尔得到银行家的资助，得以成立“动力喷气有限公司”，这才终于制成第一台涡轮喷气发动机。
与惠特尔同时，德国的冯·奥亨也在研制涡轮喷气发动机。1939年8月27日，冯·奥亨研制的世界上第一架喷气式飞机试飞成功，成为世界航空史上划时代的事件。
涡轮喷气发动机大大提高了飞机的飞行速度，使飞机接近声音的速度，称为“亚音速”飞机。后来，喷气式飞机的飞行速度甚至超过了声音的速度，称为“超音速”飞机。
往日，科学家们所研究的只是低速飞行动力学。如今，飞机在“亚音速”或“超音速”飞行，空气动力学规律与低速飞行全然不同。要想提高喷气式飞机的速度，必须解决两大科学难题：其一，当飞机的飞行速度提高到亚音速时，气体的可压缩性对飞行器的性能到底有什么影响，它们之间的定量关系是怎样的？其二，如果想再把飞机的飞行速度进一步提高到超音速时，应该采用什么样的最富有成效的理论指导和技术设计才能实现？
冯·卡门要求钱学森把这两大难题作为他的博士论文的研究课题，从而建立崭新的“亚音速”空气动力学和“超音速”空气动力学。
在冯·卡门的指导下，钱学森花费三年的时间，终于成功地攻克这两大难题。钱学森曾说：“我在做空气动力学博士论文的时候，把关于空气动力学方面英文的、法文的、德文的、意大利文的200多篇文献，全都看过，而且还进行了仔细的分析，以求理清空气动力学的来龙去脉。”1939年，钱学森完成了《高速气体动力学问题的研究》等四篇博士论文，第一次显示了他在科学研究上的惊人才华。钱学森因此获得加州理工学院航空、数学博士学位。
钱学森博士论文中的重大成果是“热障”理论和“卡门-钱近似”公式。
所谓“热障”理论，是指“飞机在高速飞行时，其表面气流温度很高，会使金属外层强度降低，甚至熔化。因此在设计高速飞机时，必须对飞机表面采取有效的防热或冷却的措施，才能持续高速飞行”。
所谓“卡门-钱近似”公式，是“一种计算高速飞行着的飞机机翼表面压力分布情况的科学公式，后来被世界各国广泛应用于超声速飞机设计与制造”。
钱学森的博士论文，奠定了他在空气动力学上的地位。
冯·卡门这么说起钱学森：“我发现他非常富有想象力，他具有天赋的数学才智。”“钱的这种天资是我不常遇到的。”
从此，钱学森成为冯·卡门的亲密合作者，他被加州理工学院古根海姆航空实验室聘为研究人员，继续为突破飞机在高速飞行下的“声障”和“热障”作出贡献。