西奥多·冯·卡门

美国航天工程学家

西奥多·冯·卡门

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)，美籍匈牙利力学家，近代力学奠基人之一。[1][2]西奥多·冯·卡门于1902年从布达佩斯皇家约瑟夫技术大学毕业，之后在奥匈帝国军队担任了一年炮兵学员；1903年至1906年在皇家约瑟夫技术大学担任助理；[1]1908年获得德国哥廷根大学博士学位，研究论题为《大型结构屈曲的数学模型（mathematical models for the buckling of large structures）》，之后留校任教4年。1912年，在匈牙利矿业工程学院短暂停留后，冯·卡门在31岁时成为亚琛航空研究所的主任，1930年移居美国，领导古根海姆航空实验室。[1]1938年当选为美国国家科学院院士；[3]1944年，冯·卡门主持了陆军航空队科学顾问小组，研究了当时的火箭、制导导弹和喷气推进技术。[4][5][6]冯·卡门于1951年获得批准成立了航空研究与发展咨询小组(AGARD)，担任该小组的主席。1960年至1963年期间，冯·卡门领导了由北约赞助的关于科学与技术相互作用的研究。1963年5月6日在欧洲之旅中逝世，享年82岁。[1]

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)，美籍匈牙利力学家，近代力学奠基人之一。[2][3]

西奥多·冯·卡门于1902年从布达佩斯皇家约瑟夫技术大学毕业，之后在奥匈帝国军队担任了一年炮兵学员；1903年至1906年在皇家约瑟夫技术大学担任助理；[2]1908年获得德国哥廷根大学博士学位，研究论题为《大型结构屈曲的数学模型（mathematical models for the buckling of large structures）》，之后留校任教4年。1912年，在匈牙利矿业工程学院短暂停留后，冯·卡门在31岁时成为亚琛航空研究所的主任，1930年移居美国，领导古根海姆航空实验室。[2]1938年当选为美国国家科学院院士；[4]1944年，冯·卡门主持了陆军航空队科学顾问小组，研究了当时的火箭、制导导弹和喷气推进技术。[5][6][7]冯·卡门于1951年获得批准成立了航空研究与发展咨询小组(AGARD)，担任该小组的主席。1960年至1963年期间，冯·卡门领导了由北约赞助的关于科学与技术相互作用的研究。1963年5月6日在欧洲之旅中逝世，享年82岁。[2]

西奥多·冯·卡门的研究领域包括微观的物理和力学研究、宏观的流体力学和空气动力学等。[2]西奥多·冯·卡门开创了数学和基础科学在航空航天和其他技术领域的应用，树立了现代力学中数学理论和工程实际紧密结合的学风，奠定了现代力学的基本方向。[3]

早年生活

冯·卡门在很小的时候就表现出了一种天生的数学能力，冯·卡门的父亲担心他会成为一个数学怪胎，引导他走向工程学。1902年，冯·卡门在布达佩斯皇家理工大学完成本科学业，决定在学术界从事工程事业。[2]

多校任职

1903年至1906年间，冯·卡门在理工大学任教，并担任匈牙利主要发动机制造商的顾问。[2]1908年，冯·卡门在德国Göttingen大学获得工程学博士学位。[8]1911年，冯·卡门分析了钝体后面交替的双排涡旋(其中一排涡旋具有宽而平的涡旋)。1912年，在匈牙利矿业工程学院短暂停留后，冯·卡门在31岁时成为亚琛航空研究所的主任，一直留任到1930年。[2]

移居美国

1930年，加州理工学院正式向他提供了古根海姆航空实验室主任的全职位置，同时担心德国纳粹主义的迫害，冯·卡门与母亲和妹妹一起搬到了美国南加州洛杉矶，领导古根海姆气动力实验室，指导该实验室及加州理工大学第一个风洞的设计和建设。1936年，冯·卡门入美国籍，同年领导实验室开始研究导弹。[9]1938年，冯·卡门当选为美国国家科学院院士。[10]同年，他在美国国家科学院委员会任职，就使用火箭动力协助飞机起飞向美国陆军航空兵提供建议。1940年，冯·卡门与弗兰克·j·马里纳（Frank J. Malina）一起，在大约10世纪中国发明黑火药火箭之后，首次表明有可能设计出稳定的、长时间的固体推进剂火箭发动机。[2]1943年11月，喷气推进实验室依据与美国陆军的合作合同在加州理工学院正式挂牌，冯·卡门早在该实验室五年前的初创阶段就已开始兼任主任。[11]1944年，冯·卡门离开研究所，在华盛顿特区为第二次世界大战期间美国陆军航空兵司令亨利·h·阿诺德将军成立了空军科学咨询小组。[12][2]同年，冯·卡门担任陆军航空队科学顾问组组长。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。[11]

1946年诞生了国际理论与应用力学联合会，冯·卡门担任名誉主席。冯·卡门对国际科学合作的奉献使他于1947年向联合国提议在中东建立一个国际流体和土壤力学研究中心，虽然没有实现，但为联合国教科文组织1950年发展干旱地区研究项目作出了贡献。冯·卡门构想了北大西洋公约组织(NATO)成员国航空工程师之间进行合作的想法，并于1951年获得批准成立了航空研究与发展咨询小组(AGARD)，他一直担任该小组的主席，直到去世。1956年，冯·卡门的努力促成了国际航空科学理事会(ICAS)的成立，并于1960年成立了国际宇航科学院。在冯·卡门的主持下，科学院的一项杰出活动是1962年在巴黎主办了第一次关于人在空间的基本环境问题的国际专题讨论会，美国和苏联以及其他国家的科学家第一次在会上交换了这一领域的资料。1960年至1963年期间，冯·卡门领导了由北约赞助的关于科学与技术相互作用的研究。[2]

逝世

1963年5月6日，冯·卡门在前往亚琛的路上去世，后下葬于帕萨迪娜。[2]

科研成就

西奥多·冯·卡门用力学方法解决了水坝裂缝、风车发 电、天文台大型反射望远镜的转动等工程问题。他主持筹建美国喷气工程公司（后发展为喷气总公 司），指导一批青年科学家从事火箭技术研究，最后建立了美国火箭技术中心——喷气推进实验室。除上述关于涡街和湍流的研究外，卡门在学术上的主要贡献还有举力面理论和机翼非定常流理论、 超声流中细长体近似、亚声速流近似处理方法、跨声速相似律（见跨声速流动）和非线性小扰动方法、 薄板和浅壳的屈曲问题等。 卡门和普朗特一样，善于透过现象抓住事物的物理本质，提炼出数学模型，树立了现代力学中数学理论和工程实际紧密结合的学风，奠定了现代力学的基本方向。[3]

西奥多·冯·卡门在哥廷根大学从事过微观的物理和力学研究。在宏观的流体力学和空气动力学，他的研究包括非弹性屈曲、环圆柱流中的非定常尾流、层流稳定性、湍流、稳定和非定常流中的翼型、边界层和超音速空气动力学理论。也涉及到其他领域，包括弹性、振动、传热和晶体学等。[2]

第二年第一次世界大战爆发，从1915年到1918年，他同其他两位匈牙利和捷克工程师为奥匈军队设计了早期的直升飞机，以三人名字命名：Petróczy-Kármán-Žurovec。[13]Petróczy与Oberleutnant Dr. Theodor von Kármán和Ingenieurleutnant Wilhelm Žurovec一起，构想了schraubenfessselflieger (s.f.f.) mit Elektromotor(带电动机的俘虏直升机)。[14]

1918年5月PKZ 2被改装和安装120马力(89千瓦)La Rhône发动机之后拍摄的
1918年5月PKZ 2被改装和安装120马力(89千瓦)La Rhône发动机之后拍摄的

西奥多·冯·卡门在理论和工程应用中做了开创性的工作，他的名字也出现在许多概念中，例如：

概念或方程概念或方程（英文）领域
冯·卡门涡街von Kármán vortex street[15]流过圆柱体
福普尔-冯卡门方程Föppl–von Kármán equations[16]弹性板的大挠度
玻恩-冯·卡曼边界条件Born–von Karman boundary condition[17]固体物理学
玻恩–冯·卡门晶格模型Born–von Kármán lattice model[18]晶体晶格动力学模型
查普利金-卡门-钱近似Chaplygin–Kármán–Tsien approximation[19]势流
冯·卡门常量von Kármán constant[20]壁湍流
卡门线Kármán line[21]空气动力学/航天
卡门-豪沃思方程Kármán–Howarth equation[22]湍流
卡门-波尔豪森参数Kármán–Pohlhausen parameter[23]边界层
冯·卡门·奥戈von Kármán ogive[24]超音速空气动力学
冯·卡门-加布里埃利图von Kármán–Gabrielli diagram[25]交通

学术论著

名称
《空气动力学的发展》（有中译本）
《工程中的数学方法》（和M.A.毕奥合 著，有中译本）
《风及未来》（和艾德生合著）
《卡门论文集》（共4卷）

参考资料[3]

社会职务

时间担任职务
1939年美国数学学会约西亚·威拉德·吉布斯（Josiah Willard Gibbs）讲师[26]

人才培养

卡门长时期从事工程科学和力学的教育工作，他的学生遍布全世界。他在加利福尼亚理工学院的研 究生中有中国学者钱学森、郭永怀、钱伟长以及美籍华人学者林家翘等，因此，卡门的学术思想对中国 力学事业的发展起了积极的作用。[3]

根据2023年9月数学谱系项目网站数据，西奥多·冯·卡门在亚琛工业大学、加州理工学院、先后指导38名学生。[27]

个人生活

西奥多·冯·卡门的原名为卡门·托多尔（Kármán Tódor），他父亲莫尔·卡门（Mór Kármán）是布达佩斯彼得·派斯马克大学教育学教授，他的母亲（Helene）出身于书香门第，他是兄弟3人中最小的，还有一个妹妹约瑟芬·卡门（Josephine de Karman）。[32]

西奥多·冯·卡门6岁时就能对5位数的乘法略一思索报出答案，他的父亲却对他的运算的超常能力感到担忧，怕他将来变成一个畸形发展的人。不久，在父亲的干预下，他便和各种数学科目断绝来往，直到十几岁才重新开始学习数学。父亲让他读地理、历史、诗歌来代替做数学习题。父亲对冯·卡门的帮助和培养是启发他对知识的好奇心。[32]

西奥多·冯·卡门终生未婚。从1923年起，他的母亲和妹妹约瑟芬（Josephine）与他一起住在荷兰亚琛附近，后来又住在加利福尼亚州的帕萨迪纳。[32]

人物评价

西奥多·冯·卡门博士在空气动力学理论方面，特别是在超音速飞行领域作出了重要贡献，他被誉为“超音速飞行之父”，同时也在航空航天技术、理论空气动力学理论和提高飞机性能的应用方面做出了重大贡献。（美国飞行百年纪念日委员会评）。[33]

西奥多·冯·卡门在辉煌的职业生涯中为航空航天技术、空气动力学和提高飞机性能做出了重大贡献。（美国机械工程师协会评）[34]

西奥多·冯·卡门奖

1968年，美国工业与应用数学学会设立并颁发西奥多·冯·卡门奖（Theodore von Kármán Prize），旨在表彰在获奖前五到十年内数学在力学和/或工程科学中的显著应用。该奖项可以颁发给一个人的重大成就或可能由多个贡献者完成的重要工作。[35]

卡门礼堂

1977年，亚琛工业大学将新建的演讲厅命名为“卡门礼堂（Kármán-Auditorium）”，以纪念西奥多·冯·卡门在亚琛工业大学航空学院的杰出研究贡献。[36]

纪念邮票

1992年8月31日，美国发行了一枚西奥多·冯·卡门纪念邮票。[37]

The Theodore von Karman stamp
The Theodore von Karman stamp

飞机命名

2002年，Lisunov Li-2飞机（注册号HA-LIX）被命名为Kármán Tódor。[38]

街道命名

在加利福尼亚州尔湾市，在欧文商业中心的中心有一条五英里长的街道，以西奥多·冯·卡门的名字命名。[39]

冯·卡门撞击坑

冯·卡门撞击坑（Von Kármán crater）位于月球背面南极艾特肯盆地中部，是整个太阳系中最古老的撞击坑，年龄大约为36亿年，其保存了原始月壳的岩石，并可能含有水。1970年被国际天文学联合会批准接受。[40]

Von Kármán crater (186 kilometer diameter)
Von Kármán crater (186 kilometer diameter)

荣誉奖项

honor入选俄亥俄州代顿的国家航空名人堂[28]
time1983年
honor入选国际航空航天名人堂[29]
time1968年
honor美国国家科学勋章（第一枚）[30]
名称美国国会
time1963年
honor美国艺术与科学院院士[31]
名称美国艺术与科学院
time1948年
honor美国国家科学院院士[4]
名称美国国家科学院
time1938年

参考资料 40

  1. 犹太人的光荣历史，主要是哲学科学领域，如爱因斯坦、马克思、韦伯... — 豆瓣
  2. Theodore von Kármán — Graduate Aerospace Laboratories
  3. 卡门，T.von — 中国大百科全书
  4. Theodore von Karman
  5. 回国还是移民？冯·卡门的中国学生与同事的不同选择 — 腾讯网
  6. 参考 6
  7. 参考 7
  8. Dr. Theodore von Kármán (1881-1963) — NASA
  9. 参考 9
  10. theodore von kÁrmÁn — nationalacademies
  11. 物理串烧 | 舞动的大桥：卡门涡街 — 微信公众平台
  12. Theodore von Karman — National Academy of Sciences
  13. 风中起舞的科学奇才——纪念冯·卡门去世六十周年 — 新浪看点
  14. Petróczy-Kármán-Žurovec PKZ 2 Helicopter — Old Machine Press
  15. Physical Review Fluids — Phys. Rev. Fluids
  16. Just a moment... — royalsocietypublishing
  17. Born-von Karman boundary condition — chemeurope
  18. Phys.Rev.B19,2999(1979) — Phys. Rev. B
  19. NTRS - NASA Technical Reports Server — https://ntrs.nasa.gov/citations/19930091881
  20. Estimating the value of von Kármán’s constant in turbulent pipe flow — Journal of Fluid Mechanics | Cambridge Core
  21. NASA Science Mission Directorate — NASA
  22. von Kármán-Howarth and Corrsin equations closures through Liouville theorem — ScienceDirect
  23. Karman Pohlhausen Approximate Method - Fluid Mechanics for Mechanical Engineering — Fluid Mechanics for Mechanical Engineering
  24. NovelapproachfordesignofawaveridervehiclegeneratedfromaxisymmetricsupersonicflowspastapointedvonKarmanogive — ScienceDirect
  25. Just a moment... — American Institute of Aeronautics and Astronautics
  26. 87th Josiah Willard Gibbs Lecture — www.ams.org
  27. Theodore von Kármán — The Mathematics Genealogy Project
  28. Theodore von Karman | National Aviation Hall of Fame — National Aviation Hall of Fame
  29. 西奥多·冯·卡门
  30. Theodore von Kármán (1881-1963)
  31. Theodore von Karman
  32. Theodore von Kármán 1881-1963 — JSTOR
  33. Theodor von Kármán — U.S. Centennial of Flight Commision
  34. Theodore von Kármán
  35. Theodore von Ká rmá n Prize — SIAM
  36. The Kármán Auditorium at RWTH Aachen University — Alamy
  37. Theodore von Karman — National Postal Museum
  38. Soviet aircraft Lisunov Li-2, the Hungarian airline " Malev" — Alamy
  39. Experience 17221 Von Karman — Office Space in Irvine, CA
  40. Von Kármán Crater: Awaiting A Visitor — Lunar Reconnaissance Orbiter Camera
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