卡门涡街分析毕业论文

冯·卡门出身于奥匈帝国—个教育学教授的家庭，1902年毕业于布达佩斯皇家工学院，1906年去德国哥廷根（Göttingen）大学求学，在普朗特（Ludwig Prandtl 1875~1953）教授的指导下，于1908年获得博士学位。冯·卡门1911年时在哥廷根大学当助教，普朗特教授当时的研究兴趣，主要集中在边界层问题上。普朗特交给博士生哈依门兹（Karl Hiemenz ）的任务，是设计一个水槽，使能观察到圆柱体后面的流动分裂，用实验来核对按边界层理论计算出来的分裂点。为此，必须先知道在稳定水流中圆柱体周围的压力强度如何分布。哈依门兹做好了水槽，但出乎意外的是在进行实验时，发现在水槽中的水流不断地发生激烈的摆动。哈依门兹向普朗特教授报告这一情况后，普朗特告诉他：“显然，你的圆柱体不够圆”。可是，当哈依门兹将圆柱体作了非常精细的加工后，水流还是在继续摆动。普朗特又说：“水槽可能不对称”。哈依门兹于是又开始细心地调整水槽，但仍不能解决问题。冯·卡门当时所做的课题与哈依门兹的工作并没有关系，而他每天早上进实验室时总要跑过去问：“哈依门兹先生，现在流动稳定了没有？”哈依门兹非常懊丧地回答：“始终在摆动”。这时冯·卡门想，如果水流始终在摆动，这个现象一定会有内在的客观原因。在一个周末，冯·卡门用粗略的运算方法，试计算了一下涡系的稳定性。他假定只有一个涡旋可以自由活动，其他所有的涡旋都固定不动。然后让这一涡旋稍微移动一下位置，看看计算出来会有什么样的结果。冯·卡门得到的结论是：如果是对称的排列，那么这个涡旋就一定离开它原来的位置越来越远；而对于反对称的排列，虽然也得到同样的结果，但当行列的间距和相邻涡旋的间距有一定比值时，这涡旋却停留在它原来位置的附近，并且围绕原来的位置作微小的环形路线运动。星期一上班时，冯·卡门向普朗特教授报告了他的计算结果，并问普朗特对这一现象的看法如何？普朗特说，“这里面有些道理，写下来罢，我把你的论文提交到学院去”。冯·卡门后来回忆时，对此事写道：“这就是我关于这一问题的第一篇论文。之后，我觉得，我的假定有点太武断。于是又重新研究一个所有涡旋都能移动的涡系。这样需要稍微复杂一些的数学计算。经过几周后，计算完毕，我写出了第二篇论文。有人问我：‘你为什么在三个星期内提出两篇论文呢？一定有一篇是错的罢’。其实并没有错，我只是先得出个粗略的近似，然后再把它细致化，基本上结果是一样的；只是得到的临界比的数值并不完全相同”。冯·卡门是针对哈依门兹的水槽实验，进行涡旋排列的研究的。后来人们由于冯·卡门对其机理详细而又成功的研究，将它冠上了卡门的姓氏，称为卡门涡街。冯·卡门自己后来在书中写道：“我并不宣称，这些涡旋是我发现的。早在我生下来之前，大家已知道有这样的涡旋。我最早看到的是意大利Bologna教堂中的一张图画。图上画着St.Christopher抱着幼年的耶稣涉水过河。画家在Christopher的赤脚后面，画上了交错的涡旋。”冯·卡门还说，在他之前，有一位英国科学家马洛克（Henry Reginald Arnulpt Mallock 1851~1933）也已观察到障碍物后面交错的涡旋，并摄有照片。又还有一位法国教授贝尔纳（Henry Bénard 1874~1939）也作过关于这一问题的大量研究。只不过贝尔纳主要考察了粘性液体和胶悬溶液中的涡旋，并且其考察的角度是实验物理学的观点多于空气动力学的观点。冯·卡门认为他在1911~1912年，对这一问题研究的贡献主要是二个方面：一是发现涡街只有当涡旋是反对称排列，且仅当行列的距离对同行列内相邻两涡旋的间隔有一定的比值时才稳定；二是将涡系所携带的动量与阻力联系了起来。

我最喜欢的科学家 ——西尔多·冯·卡门 1881年5月11日，冯·卡门出生于布达佩斯。他父亲是历史悠久的布达佩斯彼得·派斯马克大学著名的教育学教授。他的母亲出身于书香门第，家族中曾出过一个16世纪的著名数学家。冯·卡门6岁时就能对5位数的乘法略一思索就报出答案来。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，冯·卡门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，他始终很感激父亲。因为他一生崇尚人文主义文明，这与父亲让他在童年时代摆脱数学游戏是分不开的。 父亲对冯·卡门最大的帮助和培养是启发他对知识的好奇心。他常常向父亲问一些宗教问题。他从来就看不出科学和宗教之间有什么矛盾，这可能跟早年和父亲讨论宗教问题有关系。 1898年11月，16岁的冯·卡门进了皇家约瑟夫大学。冯·卡门在大学初期，就能够关起门来思考问题，往往沉湎于丰富多彩的科学思索中，把一切杂念都抛在脑后。当他头脑中有一个科学问题急于解决时，就会像妇女照料自己的孩子一样，没日没夜的干下去。在解决问题的思路理清之前，决不肯从座椅上站起来。 他的独立思考的能力，主要是在大学里向唐纳·班基教授学的，他的第一篇论文就是在班基先生指导下完成的。这篇论文分析了发动机的一种常见故障——进、排气阀门的振动和噪音。第一篇论文发表后，他开始发现自己在科学理论方面颇有点才华。而数学竞赛奖、难题的解决、学校师长的赞誉以及家里的期望，所有这一切则使他意识到，搞科学理论和逻辑思维才是他的真正的事业。此后，他决心做一个真正的科学家，一个在人类对自然的认识和理解方面有所贡献的人。1902年，冯·卡门以优异的成绩大学毕业，随后进奥匈帝国军队的陆军部队。一年后复员，到布达佩斯工业大学给班基当助教。 1906年，冯·卡门来到哥廷根大学深造，那里高雅的学术气氛使他着迷。起初，他跟随现代空气动力学之父普朗特尔教授研究材料力学，又和德国物理学家玻恩合作搞过晶体原子结构模型。在普朗特尔·希尔伯特·克莱因、龙格等科学大师的熏陶下，在哥廷根大学，他打下了雄厚的基础。两年后，他又去了巴黎大学学习。在巴黎，有一次，他陪一位女友去观看欧洲首次2公里飞行表演，那架简陋的早期飞机引起了他极大的兴趣，于是他开始悉心研究空气动力学。1908年秋，冯·卡门又回到哥廷根大学，连续当了三年编外讲师。他在应用风洞解决流体运动问题的过程中，对风洞的兴趣与日俱增。在那激动人心的岁月里，航空的冒险活动和实验室的重大科学发现正齐头并进，他的注意力已逐渐转移到了航空科学上来。 经过一系列周密的研究和试验，冯·卡门在1911年推出了他生平最著名的论文，阐明了第三个，也是最后一个阻力源，叫做型面阻力。他发现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，就会产生型面阻力。后来，这个伟大的发现被定名为“卡门涡街”。它成了飞机、船舶和赛车设计的理论基础。 第一次世界大战爆发后，冯·卡门被征入伍。大战期间，他曾设计制造了世界上最早的系留式直升飞机。战后他又回到德国，在亚琛工学院当航空系教授。上世纪20年代，冯·卡门经常到世界各地讲学。他到过美国、苏联、日本，曾两次到中国讲学。1930年，他提出了关于“紊流理论”的论文。紊流定律在教育上影响更大。由于大学规定讲授紊流运动原理，从而使一代一代工程师愈来愈相信，任何复杂的自然现象都可以解决，而且用数学来加以阐明。用冯·卡门自己的话说："紊流概念今天说起来并不深奥，不过对我来说，它却是宇宙间伟大和谐的一个环节。这一伟大的和谐在背后支配着宇宙的一切运动。" 1930年，纳粹在德国的阴谋迫使他离德去美。从此，他便一直在帕沙迪纳加州理工学院执教，并加入了美国籍。第二次世界大战之前、之间和之后，他为美国空军建设绞尽了脑汁。美国空军直接得益于冯·卡门的远见卓识。在他的智慧和个性的推动下，美国空军已经成长为一支科研领先、按电钮式的作战部队。 1963年2月18日上午，为了表彰冯·卡门对科学、技术和教育事业的无与伦比的杰出贡献，肯尼迪总统授予他美国第一枚科学勋章。按计划，肯尼迪总统要亲自向冯·卡门颁发勋章。当总统及其随从一到，来自世界各地的友人就向授勋地点拥去。双脚患关节炎的81岁高龄的冯·卡门，摇摇晃晃走到台阶前时，好像由于疼痛难忍，突然停下来。这时，肯尼迪总统迅速赶上去一把将他扶住。冯·卡门抬起头来朝这位年轻的总统看看，然后把扶他的手轻轻推开。“总统先生，”他微微一笑说，“走下坡路是不用扶的，只有向上爬的时候才需要拉一把。” 授勋之后仅仅过了两个多月，1963年5月7日，冯·卡门在亚琛病逝。送葬队伍中有中国人、日本人，也有欧洲人、犹太人；有伊斯兰教徒，也有基督教徒；有军事将领，也有知名科学家；还有他生前的挚友和助手们。 他对人类今天的生活的影响比当代任何一位科学家或工程师都大。正是他精心创造的那些环节，将人类征服天空的科学成就有机地联接成一根长链，由于他的努力，时速3000公里的喷气式飞机、射程1200公里的导弹和星际火箭才成为当今的现实。 冯·卡门是一位名副其实的科学全才，他在很多方面发挥了无可争辩的天才作用。航空学和宇航学上一些最光辉的理论、概念以他的名字来命名，月球上也有一个定名为冯·卡门的陨石坑。除理论研究外，航空史上引人注目的那些里程碑，如齐柏林飞艇、风洞、滑翔机和火箭——可以说本世纪一切实际飞行和模拟飞行的成功都跟他有着密切的关系。晚年，他帮助创办了世界上最大的火箭制造企业——航空喷气公司，并为该公司指引发展方向。此外，他为组建北约航空顾问团到处奔走。 冯·卡门先后作为德国亚琛工学院航空研究所和美国加州理工学院古根海姆航空实验室的领导，带领了两代科学家和工程师闯进了科学技术的先驱领域，为航空和航天工程奠定了坚实的科学基础。作为教师，他讲课条理分明，富有想象力，教学效果极好。有人曾把他和文艺复兴时期的科学家达·芬奇相提并论，认为达·芬奇创造了许多新奇的机件，而冯·卡门则培育出大批杰出的人才。他的学生遍及五大洲，人们称之为“卡门科班”。他们中间包括今天肩负着全世界外层空间技术领导工作的科学家和工程师。 在世界各地，冯·卡门喜欢与富翁、名流和权贵们交往，但他决不是个势利小人。他会毫不迟疑地把一个花匠介绍给显赫的将军或科学家，并且一视同仁。除了一些轻松愉快的聚会外，冯·卡门还和几位举世闻名的大科学家有着友好的交往。他和爱因斯坦曾多次促膝长谈，其中最多的是谈到科学对人类的意义。冯·卡门说，在爱因斯坦身上，他发现了一个诚恳而善良的灵魂。他认为，爱因斯坦所具备的一切品质，正是他自己在探索自然的道路上毕生所追求的。 为了纪念冯·卡门，他的祖国匈牙利在1992年8月3日发行了一枚纪念他的邮票；1992年8月31日，美国也发行了一枚冯·卡门的纪念邮票。

卡门是比才的著名歌剧《卡门》中的女主角，为吉普赛人。歌剧《卡门》 完成于1874年秋，是比才的最后一部歌剧，也是当今世界上上演率最高的一部歌剧。 四幕歌剧 《卡门》主要塑造了一个相貌美丽而性格倔强的吉卜赛姑娘——烟厂女工卡门。卡门使军人班长唐•豪塞堕入情网，并舍弃了他在农村时的情人 —— 温柔而善良的米卡爱拉。后来唐•豪塞因为放走了与女工们打架的卡门而被捕入狱，出狱后他又加入了卡门所在的走私贩的行列。卡门后来又爱上了斗牛士埃斯卡米里奥,在卡门为埃斯卡米里奥斗牛胜利而欢呼时,她却死在了唐•豪塞的剑下。 可另见以下网站:

1908年，冯·卡门获得博士学位。之后，去巴黎考察。不久，普朗特来信，请他去哥廷根大学做助手。他愉快地接受了邀请，开始了他航空科学家的生涯。当时，普朗特正在从事流体边界层分离现象的研究。冯·卡门到哥廷根大学后，对这一现象非常重视。判明流体在圆柱后面形成的两排交叉的涡旋是稳定的。他就此写了两篇出色的论文。由于有人把这一现象戏称为“卡门涡街”。这一发现成为流体力学中的一次重大发现。

卡门卡门（1881～1963）Kārmān，Theodore von匈牙利裔美国物理学家。近代力学奠基人之一。又译作冯·卡门、冯·卡尔曼。1881年5月11日生于布达佩斯，1963年5月6日卒于德国亚琛。1902年毕业于布达佩斯皇家工学院。1906年去德国格丁根大学求学，在L.普朗特指导下，完成关于柱体塑性区的屈曲问题的论文。1908年获博士学位。1912年和M.玻恩合作，研究低温下固体比热问题，在固体点阵假设的基础上得到与实验相符的公式，比P.德拜公式的应用更为普遍。1912年，他研究流动的流体在圆柱后留下的两排周期性旋涡，从理论上对其作了精辟分析，这两排旋涡后称卡门涡街，可用来解释机翼颤振和风激发的桥梁振动等现象。同年，卡门去亚琛工学院航空系任教，后任亚琛空气动力学研究所所长。在此期间，提出湍流的力学相似原理。1926～1927年，卡门应邀访问美国，在加利福尼亚理工学院参加建设空气动力学研究室，并去日本神户，为日本设计第一个风洞。1929年底起定居美国，任加利福尼亚州理工学院古根海姆空气动力学实验室主任。他使该学院成为当时流体力学的研究中心和培训基地，并解决了航空工程许多技术问题。他还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。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、超声速流中细长体近似、亚声速流近似处理方法、跨声速相似律和非线性小扰动方法、薄板和浅壳的屈曲问题等。卡门长期从事工程科学和力学的教育工作，中国学者钱学森、郭永怀、钱伟长以及华裔美国学者林家翘等是他的学生。卡门接受过许多国家的勋章，其中包括美国的第一枚国家科学勋章。著有《空气动力学的发展》、《工程中的数学方法》、《风及未来》等。科学论文汇编为《卡门论文集》，共4卷。