西奥多·冯·卡门（Theodore von Kármán，原名Szol-loskislaki Kármán Tódor，1881年5月11日—1963年5月6日），出生于匈牙利布达佩斯，航天工程学家，美国国家科学院院士，美国艺术与科学院院士，生前是加州理工学院教授。
陆 寒
1986年至1990年就读北京大学数学系，获理学学士。长期定居北京，主要从事空气动力学研究与教育工作。
冯 · 卡门
超声速飞行之父
冯·卡门（1881-1963）是20世纪最杰出的航空航天工程学家之一，被誉为“航空航天时代的科学奇才”“超声速飞行之父”。他生前所在的加利福尼亚理工学院的实验室后来成为美国国家航空航天管理局的喷气推进实验室，我国著名科学家钱学森、钱伟长、郭永怀都是他的学生。在空气动力学领域，他取得了多项卓越的理论成就，对后世产生了深远影响。
冯 · 卡门
01
卡门涡街
他揭示了流体绕过物体时尾迹产生的复杂旋涡现象，以及旋涡生成和脱落规律，阐释了钝体阻力和涡致振动原理。该理论挑战了当时公认的空气动力原则，并在诸多实际工程中奠定了结构安全设计的理论基础。
卡门涡街
02
超声速飞行理论
他提出了超声速流的阻力原则及激波阻力概念，发现减小飞行物体的相对厚度可减少激波阻力，为现代超声速飞行器的设计提供了重要的理论依据，使人类能够成功突破声障，进入超声速飞行时代。
超声速飞行声障
03
跨声速相似律
他发展了跨声速相似律，给出了实验模型和实际飞行器之间的流动和尺度相似关系。该理论与普朗特的亚声速相似律、阿克莱的超声速相似律、钱学森的高超声速相似律一起，共同形成了可压缩空气动力学研究领域的一个完整的基础理论体系。该体系的形成不仅为空气动力学研究提供了更为全面的视角和方法论，也为后续的高速飞行器设计、气动布局优化等工程实践提供了坚实的理论支撑。
跨声速飞行激波系
04
边界层效应与控制方法
边界层是高速绕流中紧贴物面的黏性力不可忽略的流动薄层，与飞行阻力和热效应直接相关。冯·卡门系统地探讨了边界层流动的复杂作用机制，他导出的一个边界层动量积分方程后经近似求解被称作卡门-波尔豪森动量积分关系式。他还发展了高速边界层控制理论和方法，成功用于飞行器减阻设计，提升飞行器的气动性能和稳定性。
翼型绕流边界层
05
超声速喷气推进技术理论
他依据丰富的超声速风洞实验经验，完善了超声速喷气推进技术理论，与学生合作开展了推进起飞弹道、燃烧室传热、稳定燃烧等一系列基础性研究工作，在推动了超声速飞行技术发展的同时，还在飞机上直接促成了基于超声速喷气原理的火箭助推器发明。
超
超声速喷流
06
壁面湍流理论
湍流研究的历史最早可追溯到1883年著名的雷诺实验。冯·卡门通过深入观察测量壁面流动的稳定性与旋涡非线性演化的内在联系，围绕压力速度变化、能量损失等提出了一系列独到的见解。他定义的湍流概念常被引用，主导获得的卡门-豪沃思方程是湍流统计理论中重要的动力学方程。此外，他通过混合长理论给出的一个经验系数被称作卡门常数，应用十分广泛。基于卡门常数和流动速度向量特性，可计算壁面湍流等研究中十分重要的一个特征长度——卡门尺度。
沙滩壁面湍流
07
亚声速/超声速空气动力学体系
他带领学生深入开展了多个研究方向的探索，包括升力计算理论模型、气动载荷结构响应、翼型设计优化，建立了新的亚声速／超声速空气动力学体系。其中，卡门-钱学森公式确立了高速飞行时机翼压强与速度的定量关系，揭示了高速气流中空气可压缩性对机翼压强分布的影响，并可据其估算翼型临界马赫数。
作者所学经典教材中的卡门-钱学森公式
冯·卡门作为一名载入史册的伟大的航空航天工程学家，对世界科学技术的发展与进步的贡献是多层次、多方面的，他还是未来航空航天工程的预见者、数学等基础学科在航空航天技术领域应用的践行者、气动弹性力学的开创者、风洞技术的革新者、液体火箭与导弹工程的领导者、空气动力学学科体系的建立者、航空航天工程师的教育者、国际交流与合作的推动者。他如一颗璀璨的星辰，闪耀在世界科学技术史上。
END
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《石舫塔影》第314期
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本期主编：贾德星 | 图片提供：王强
2024年9月14日
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