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只是解决问题和开拓问题的方法。如果有个学生的试卷对试题分析仔细,重点突出,方法对头,且有自己的创新,但却因个别运算疏忽最后答数错了;而另一个学生的试卷答数正确,但解题方法毫无创造性。那么,我给前者打的分数要比后者高得多。”
钱学森记得,在一次学术讨论会上,冯·卡门讲了一个非常好的学术思想,美国人叫“good idea”(好点子)。有人问:“冯·卡门教授,你把这么好的思想都讲出来了,就不怕别人超过你?”冯·卡门说:“我不怕,等他赶上来,我又跑到前面很远去了。”
所谓“good idea”,其实就是科学上创新的想法。钱学森后来说,来到加州理工学院,来到冯·卡门身边,使他“一下子脑子就开了窍”。在这里,钱学森的思想变得非常活跃。
加州理工学院的学术*氛围,推动着科学讨论,推动着科学创新。
钱学森有一次在发表自己的学术见解时,一个老头提了些意见,被钱学森不客气地用一句话顶了回去。会后,冯·卡门对钱学森笑道:“你知道那老头是谁吗?”钱学森说不知道。冯·卡门说,那位是航空界鼎鼎有名的大教授冯·米赛斯。接着,冯·卡门又说,你那句话回答得好极了。
就连钱学森跟冯·卡门之间,也曾因为对一个科学问题的见解不同而引起争论。当时,冯·卡门发脾气了,甚至把东西摔到地上。钱学森不声不响地离开了。第二天下午,冯·卡门忽然来到钱学森的工作间,脸上露出歉意,说道:“昨天下午,你是正确的,我是错误的。”冯·卡门虚怀若谷的作风,使钱学森感动不已。
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冯·卡门访华受到高规格接待
冯·卡门在结识钱学森之后的翌年,第二次访问了中国,受到很高的礼遇。
那是1937年6月下旬,冯·卡门在结束了对苏联的访问之后,从莫斯科乘坐火车,沿着漫长的西伯利亚大铁道前往中国。他乘坐了十天十夜,终于到达山海关。那时候,东北三省处于日本殖民统治之下,他目击了中国人受日军蹂躏的惨状。
当时,冯·卡门应邀到清华大学讲学。蒋介石政府得知之后,邀请他从北平前往南京,因为中国面对着日本军国主义的威胁,正准备自己制造军用飞机,知道这么一位美国的航空大师到来,连忙“有请”。
7月7日下午六时,在清华大学工学院院长兼航空研究所所长顾毓秀教授陪同下,冯·卡门乘火车刚离开北平,卢沟桥就爆发了“七七事变”。从此北平与南京之间的火车中断了12年,冯·卡门庆幸自己在无意之中赶上了最后一班列车。
冯·卡门在南京会晤了国民党政府的空军司令周至柔将军。正值夏日,在“夏宫”庐山避暑的蒋介石夫妇决定接见冯·卡门。当冯·卡门从南京乘专机到达九江机场时,钱学森的老师、清华大学王士倬教授也乘另一架专机到达那里迎接冯·卡门。
蒋介石向冯·卡门询问中国发展航空工业之策。然而,当时的中国工业技术是那么的落后,中国依靠自己的力量制造飞机谈何容易。不过,当时也在座的清华大学校长梅贻琦从冯·卡门那里得知,清华大学派出的公费生钱学森正在冯·卡门手下学习。
冯·卡门离开中国之后,到日本讲学,那里洋溢着穷兵黩武的军国主义气氛。冯·卡门不愿在日本久留,不久便从那里返回美国加州理工学院。
冯·卡门的中国之行,使他对于钱学森的祖国——中国有了深入的了解,他明白为什么中国人对发展自己的航空事业有着那么强烈的愿望。作为匈牙利人,作为深受德国纳粹欺凌的犹太人,冯·卡门对于中国受到日本军国主义的欺凌,感同身受。正因为这样,冯·卡门曾说:“世界上最聪明的民族有两个,一个是犹太人,另一个就是中国人。”这句话是在他结识钱学森之后发出的感叹语,也是他1937年中国之行的感悟。
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“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1 224千米时。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*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”。
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