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钱学森与力学
钱学森与力学
——谨以此文,纪念钱学森先生诞辰100周年
钱学森院士是中国火箭、导弹、航天事业的拓荒者和奠基人,是一位传奇式人物。
他出身中国的华丽家族,家学渊远。
1934年,钱学森考取“航空机架”留美公费生,1935年横渡太平洋,成为美国航空大师冯·卡门的高足。
他在美国从事火箭研究,参与国防机要,甚至一度在五角大楼上班。
第二次世界大战即将结束时,他以美军上校身份参加美国空军顾问团,前往德国考察火箭和导弹的研制工作,审讯德国火箭鼻祖冯·布劳恩。
新中国诞生后,他准备回祖国效力,却遭到美国联邦调查局的“调查”,甚至以间谍罪被捕入狱。
美国千方百计阻止钱学森回国,因为他们深知钱学森“抵得上五个师”!
诚如艾青所诗:
“为什么我的眼里常含泪花,因为我对这片土地爱的深沉。
”经过五年的不屈抗争,在周恩来总理的直接过问下,导弹翘楚钱学森终于在1955年10月8日踏上祖国的热土。
毛泽东主席亲自接见了他,称他为“火箭王”。
他运筹帷幄,稳坐军中帐,对中国的“两弹一星”以及载人航天事业作出了不可替代的历史性贡献,为中国的现代化进程和提升大国地位立下不可磨灭的功勋,岂止“抵得上五个师”!
钱学森是国际知名的力学大师,他的许多力学著作堪称经典文献。
他对近代力学以至科学技术的内涵和发展方向发表过全面系统的论述。
在这里笔者试图通过追溯钱学森的力学研究之路,来展示其在力学方面的巨大贡献,并以此纪念这位伟大的科学家。
1.钱学森是如何走上力学研究之路的
每一个时代,青年都有着带有鲜明的时代印记的追求。
在钱学森高中毕业的时候,他充满着“实业救国”的理想,即“习西夷之长,救中国之短”。
那时,他关注的目光是在铁轨上飞驰的火车,因此,他报考了上海交通大学,并于1929年9月考取上海交大机械工程系,攻读铁道机械工程专业。
1934年,他以优异成绩从交大毕业。
他完全可以顺顺当当去做一名铁道工程师。
然而,在交大学习期间,他已经把专业志向从关注地上跑的火车,转移到天上飞的飞机。
促使这大转变的,是上海上空出现的机翼上漆了红色“膏药”的轰炸机。
倾泻而下的炸弹,震惊了正在埋头读书的钱学森。
日本空军凭借空中优势,掌握了制空权,狂轰滥炸,使中国军民惨受杀戮。
面对日本飞机的呼啸声,面对被炸伤的中国军民的呻吟声,钱学森痛感中国必须拥有强大的空军,中国必须拥有强大的航空工业。
因此,他报考清华学堂公费留学,专业是飞机设计。
他以极高的分数——87分通过了考试的专业科目航空工程,被录取公费留美,从而从研究笨重的火车头转向研究轻巧的飞机。
1935年秋,钱学森从上海坐船离国。
当时他的心情是,中国混乱,豺狼当道,先去美国学好技术,他日回国为国效劳。
到达美国后,他进入麻省理工学院航空工程系学习。
钱学森在麻省理工学院只花了一年时间,就戴上了航空工程硕士的方尖帽。
尽管学业成绩超群,但是作为实践性很强的飞机机械工程学生,钱学森本来应该去美国的飞机制造厂实习。
可是,当时美方规定,美国的飞机制造厂只准许美国学生实习,不接纳外国学生。
他只得改变自己的专业方向,即从飞机机械工程转为研究航空理论。
航空理论需要大量的数学计算,而这恰恰是钱学森的特长所在。
美国的航空理论研究中心在洛杉矶的加州理工学院,那里的冯·卡门教授是航空理论研究的权威。
于是,钱学森在麻省理工学院获得航空工程硕士学位之后,转至加州理工学院,追随冯·卡门教授学习航空理论,即应用力学。
2钱学森在应用力学研究方面的贡献
空气动力学是力学的一个分支,是航空工程的理论基础。
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森林。
2.1导师冯·卡门的影响
冯·卡门是加州理工学院在1929年12月从德国亚琛大学请来的一位航空科学专家。
冯·卡门非常推崇创新精神。
他曾经问学生:
“你们的100分的标准是什么?
”学生回答说:
“全部题目都答得准确。
”“我的标准跟你们的不一样,”冯·卡门说,“因为任何一个工程技术问题根本就没有百分之百的标准答案。
要说有,那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。
冯·卡门每周主持一次工作会议和一次学术活动,周周都开,神圣不可侵犯。
在工作会议上,希望每个人都报告自己的工作,不管是教授还是学生,讨论十分活跃,说错了也不要紧。
冯·卡门的指导思想显然是:
所有的人都参加这个集体所从事的工程科学的原始研究,每个人的研究都是重要的工作,希望每个人都能充分发挥自己的学识和经验,并对别人作出贡献。
因此这种活动极其成功,深受欢迎。
对于钱学森来说,这无疑极大地提高了他自己的学术能力,使他受益匪浅。
冯·卡门对钱学森的评价也极高:
“他是一个无可置疑的天才,他的工作大大促进了高速空气动力学和喷气推进科学的发展。
”;“钱的这种天资是我不常遇到的。
”;“我发现他非常富有想象力,他具有天赋的数学才智。
”;“人们都这样说,似乎是我发现了钱学森,其实,是钱学森发现了我。
”
2.2钱学森是在什么环境条件下学习应用力学的
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(1224千米/时),即音速或称为声速。
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。
当时的飞机能够达到时速750千米,就算很不错了。
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。
但在当时,这一设想如同科学幻想,还十分遥远。
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”,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速,称为“超音速”飞机。
2.3博士学位论文和“卡门-钱近似”公式
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:
第一,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有什么影响,它们之间的定量关系是怎样的;第二,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学位论文的研究课题,从而建立崭新的“亚音速”空气动力学和“超音速”空气动力学。
经过3年时间的紧张和艰苦的工作,1939年他完成了极其出色的博士学位论文。
论文的内容丰富多采,包括四个部分。
前三个部分的工作都是冯·卡门建议做的,它们是:
可压缩流体边界层;有倾角的回转体的超声速绕流;应用恰普雷金变换求解二维亚声速流动。
第四部分则是和同学马林纳合作研究的结果,内容是以逐次脉冲推进的探空火箭的飞行分析。
博士论文的第一部分涉及高速飞行体所受到的阻力及表面热效应。
那时的科技文献,普遍认为超声速飞行的空气阻力主要来自激波阻力,而表面摩擦阻力并不重要。
至于热效应,一般认为飞行体的表面被周围的空气所冷却。
解决这一问题的主要困难在于,飞行体周围的空气密度发生显著变化,即所谓压缩性效应,使得方程不再是线性的。
钱学森采用简化边界层方程的做法,然后运用逐次近似解法求解非线性方程,取得了成功。
他把已知的不可压缩流动的解推广到可压缩流动,即飞行马赫数比较大的情况,得到了关于高速飞行体的阻力和热效应的崭新的重要结论:
第一,在高速飞行中,可压缩性对表面摩擦具有重要影响,摩擦阻力大于激波阻力;第二,当飞行马赫数增大到一定数值,飞行体表面的空气薄层中所产生的热量不仅不能被忽略,而且将对飞行体起加热的作用。
钱学森的这一研究从理论上预见了实现高速飞行(即声速和超声速)将面临的一大障碍,即“热障”。
所谓“热障”,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。
这是一个观念的转变,早年在低速飞行时,飞行体周围的空气是冷的,而现在在高速飞行中,空气对飞行体具有巨大的加热作用。
因此在设计高速飞行时,必须对飞机表面采取有效的防热或冷却措施,才能持续高速飞行。
这一研究成果发表在1938年的《JournalofAeronauticalSciences》(航空科学学报)上。
“热障”理论是钱学森博士论文中的重大成果之一。
博士论文中的另一个重大成果是“卡门-钱近似公式”,这得出于博士论文的第三部分的工作内容:
寻求计算高速飞机机翼上压力分布的方法。
在那个年代,对于平面超声速流动,可以采用已有的特征线法计算翼面上的压力分布。
但对于亚声速流动,已有的方法只能计算机翼很薄或者飞行速度较低的情况。
1932年Demtchenko(丹姆千科)以及1933年Busemann(布兹曼)采用查普雷金变换,把原来的非线性方程化为线性方程,然而计算结果只适用于飞行速度小于0.5倍声速的情况。
冯·卡门凭着对物理问题的洞察力,建议钱学森在求解由查普雷金变换得到的线性方程时,不用驻点处的切线而改用来流状态点处的切线来代替等熵关系曲线,结果可能更好。
遵照老师的指导,钱学森通过计算研究证明,虽然同样是切线近似,采用来流状态点处的切线近似,果然得到更为精确的计算结果,而且可以把切线近似的适用范围扩大到高亚声速流动。
这就是著名的“卡门-钱近似公式”。
这一研究成果发表在1939年的《JournalofAeronauticalSciences》(航空科学学报)上。
在第二次世界大战期间以及战后相当长一个时期,在现代的计算手段——电子计算机出现之前,“卡门-钱公式”被广泛用于飞机机翼形状的设计,特别是应用于计算作用在机翼上的各种力。
钱学森刚进入力学界便写出了对空气动力学的发展起重要作用的经典文献,这展示了他过人的才华。
“卡门-钱”公式这一成果,使他一跃成为世界著名的空气动力学家。
2.4固体力学
1939年6月,钱学森获得航空与数学博士学位。
接着留校担任助理研究员,直到1944年。
钱学森逐渐成为冯·卡门的得力助手,并最终发展为亲密合作者。
在1939——1953年这十多年的时间里,钱学森在固体力学这一重要研究领域进行探索,并作出重大贡献。
下面将他工作中的三个部分分别加以分析,即:
薄壳稳定性,跨声速流动,高超声速的稀薄气体力学的研究。
2.4.1薄壳稳定性
1939年,钱学森获得博士学位后,开始对薄壳的失稳问题发生兴趣。
这是因为,早期的飞机都是木结构,外加蒙皮。
随着飞机飞行速度的提高,木结构不能适应飞机发展的需要。
在20世纪30年代中期以后,航空工业界开始设计和生产全金属壳体结构的新型飞机。
这种新型飞机具有质量小、强度高的优点,但当其受到的载荷超过一定数值时,壳体会皱瘪。
这种现象称为屈曲,是飞机克服“声障”和“热障”,实现超音速飞行的又一难题。
设计师需要知道发生屈曲的临界载荷的大小,然而经典线性理论给出的数值却远高于试验值。
因此,要得其解就只能依赖于从相当分散的试验中整理得到的经验关系。
为了解决这一矛盾,理论上必须考虑大挠度的影响,可是数学上却遇到了求解非线性方程的困难。
在深入研究这一问题之前,钱学森首先对前人的工作作了系统总结,剖析了前人理论的优缺点,利用了当时可能得到的试验数据,认为应该从考虑有限挠度的弹性屈曲理论入手,采用能量法求取屈曲临界载荷。
钱学森首先研究球壳失稳问题。
他认为经典理论之所以失败,在于没有考虑到在加载过程中球壳除了保持球形位形以外,还可能存在位能更低的其它位形。
壳体在受到外界干扰时,会从球形位形跃变到位能较低的某个位形。
因此有必要区分经典线性理论所给出的“上”屈曲载荷以及壳体发生有限变形而屈曲的“下”屈曲载荷。
前者可以在试验中小心避免不对称等初始缺陷而达到,设计所需的临界载荷只能是后者。
他运用上述能量跃变原则,计算得到的“下”屈曲载荷值确实和试验值很接近。
上述理论很快被学术界和工程界所接受。
这一结果发表在1940年的《JournalofAeronauticalSciences》(航空科学学报)上。
1940年,钱学森进一步将能量跃变原则推广到应用更为广泛的柱壳的情况。
柱面薄壳的稳定问题是火箭飞行技术的关键。
从1940年开始,钱学森与冯·卡门合作,对飞机金属薄壳结构非线性屈曲理论的研究取得了一系列成果,包括外部压力所产生的球壳的屈曲,结构的曲率对于屈曲特性的影响,受轴向压缩的柱面薄壳的屈曲,有侧向非线性支撑的柱子的屈曲,以及曲度对薄壳屈曲载荷的影响等。
2.4.2跨声速流动
1940年以后,钱学森又把主要精力放在空气动力学的研究上。
20世纪三四十年代,是世界航空工业飞速发展的时代。
同时,与飞机设计直接相关的空气动力学理论也在这一时期迅速发展和完善,使得飞机设计逐步摆脱过去纯经验的模式,建立在可靠的理论基础之上。
在这一历史性发展中,钱学森作出许多开创性贡献。
为突破声障,实现高速飞行,研究跨声速流场是个重要课题。
他在1944年和1946年发表在NACATechnicalNote上的两篇文章成为跨声速流动理论的经典文献。
其中一篇是讨论跨声速流场中的极限线,另一篇是与郭永怀合作撰写的,提出了上临界马赫数的重要概念。
对于给定机翼外型,当均匀的可压缩理想气体的来流马赫数逐渐提高到达某一临界数值,飞行体附近的最大流速会达到局部声速,称为临界马赫数。
钱学森与郭永怀合作,最早在跨声速流动问题中引入上下临界马赫数的概念。
他们研究发现,对某一给定外型,在均与的可压缩理想气体来流中,当来流马赫数达到一定h值时,飞行体附近出现超声速的流动区域,流场仍然会是连续的,仍然存在数学上的连续解,这时的来流马赫数即下临界马赫数;当来流马赫数进一步增加时,飞行体附近出现超声速流场,突然会出现不连续的流场,并出现激波,数学解突然不存在,即没有连续解,这时的来流马赫数即上临界马赫数,它标志着流场从连续到不连续的突变。
真正有实际意义的是上临界马赫数,而不是以前所注意的下临界马赫数,因而上临界马赫数这一概念的提出乃是一个重大发现。
这个重要概念的提出固然是个大胆的设想,但是要论证和计算它的存在则遇到数学求解的困难。
描述运动的偏微分方程不仅是非线性的,而且流场中同时出现亚声速和超声速两个相邻的流区,数学上分别对应椭圆型和双曲型的偏微分方程,即使采用查普雷金变换,变成线性方程而求解,也必须解决好变换中的奇点处理问题。
钱学森和郭永怀仔细地分析了奇点的性质,正确地得到了经过解析延拓的解,并利用超几何函数的渐进性质,克服了级数收敛缓慢的困难,得到了包括亚声速和超声速流区的整个混合流场,从而进一步确定了上临界马赫数的大小。
2.4.3超高声速流动和稀薄气体力学
超级空气动力学——稀薄气体力学(Superaerodynamics)这个学科最早是由A.F.Zahm提出来的,他在1934年发表了一篇论文,讨论有关高度稀薄气体的动力学问题。
限于当时喷气技术的水平,飞机还到不了空气非常稀薄的高度,所以研究只有纯学术的意义,并没有实际的工程意义。
到了四十年代中期,钱学森考虑到,喷气推进技术已经有了长足的进步,飞机的飞行不应受到高度的限制。
远程喷气飞机的最优飞行高度估计在100km左右,那里的空气已经非常稀薄,不能当做常规流体力学中的连续介质看待,必须运用超级空气动力学——稀薄气体力学的概念和方法来指导飞机的设计。
钱学森1946年发表在《JournalofAeronauticalSciences》(航空科学学报)上的《Superaerodynamics-MechanicsofRarefiedGases》一文,讨论这一流体力学新分支的基本概念和说明某些已经得到的结果,以便引起大家重视,推动这一流体力学分支的发展。
后来,“Superaerodynamics”(超级空气动力学)一词很少有人采用,人们普遍采用“MechanicsofRarefiedGases”(稀薄气体力学)一词。
钱学森在这篇文章中首先介绍了分子运动平均自由程l的概念,并用l与物体的特征长度L(或边界层厚度δ)之比l/L(或l/δ)形成一个无量纲常数,在由马赫数M和雷诺数Re构成的平面上,以l/δ为指标把该平面划分为四个区域,即:
自由分子流区,过渡区(其特征是分子间的碰撞和分子与物体表面的碰撞同等重要),滑流区和气体动力学区。
于是,不同的流动问题可以由M数和Re数两个数值来判断属于哪类流动。
然后,钱学森分别讨论了滑流的应力和边界条件,小M数滑流的边界条件,大M数自由分子流以及流过倾斜平板的自由分子流及其作用下的升力和阻力系数。
钱学森在这篇论文中所提出的关于流动区域的划分被人们认为是研究稀薄气体力学的开创性工作。
3.钱学森对力学的认识
3.1关于力学时代的划分
早在1962年1月,钱学森发表了《什么是近代力学》。
1978年12月又发表了《现代力学》等涉及力学史的重要文章。
世界力学史大致的划分是:
古代(公元500年以前);中世纪(公元500——1600年);经典力学的建立时期(公元1640——1800年,自伽利略、牛顿时期开始);经典力学进一步发展、分科的时期(公元1800——1910年,整个19世纪,包括20世纪前几年)。
根据钱学森的观点,1910年以后,称为近代力学时期;1960年以后,称为现代力学时期。
3.1.1近代力学时期(1910——1960年)
17世纪末叶,英国科学家牛顿在总结前人工作的基础上提出了力学的三个基本定律,从而奠定了经典力学的基础。
随着18——19世纪工程技术的蓬勃发展,以及随之而来的自然科学的进展,出现了许多新的力学问题,特别是天体运行的力学问题。
它们推动了经典力学的发展,并出现了“分析力学”。
这时已经孕育着近代力学的胚胎。
钱学森认为,近代力学的起点应该是从20世纪初到60年代。
从1910年到1960年这50年,可以称为是“应用力学”时期。
这一时期中,人们开始注意到理论和实际的结合。
20世纪初虽然已经有了飞机,但要把它转化为航空工业,还有许多理论工作要做。
力学工作者对当时新兴的航空技术和航天技术作出了巨大的贡献,堪称时代英雄。
近代力学时期的代表人物有路德维希·普朗特和冯·卡门。
普朗特是哥廷根学派的领袖人物,由于他提出并解决了“边界层理论”和“升力线理论”等理论问题,使飞机有了可靠的设计基础,航空工业由此获得发展。
后来,冯·卡门在流体力学和固体力学方面又做了很多工作。
这个阶段中,力学对航空、航天事业的发展起了很大作用。
3.1.2现代力学阶段(始于1960年)
在国外,曾经有人认为力学发展到现代,已经到头了,因此很多人转到与力学有联系的其它学科领域了。
钱学森却认为,电子计算机和其它新技术的出现,给力学研究提供了很多方法,必将会给力学研究带来一片新的广阔天地。
钱学森学识渊博,早年在美国的研究所涉及的学术领域十分广泛,不仅是航空,还有航天;不仅是空气动力学,还有固体力学、结构力学、物理力学、化学流体力学等等,他总是与新兴科学紧密联系,走在科学的最前沿。
3.2力学研究的意义
1982年5月,在北京召开的中国力学学会第。
二届理事会扩大会议开幕式上,钱学森以《力学科学在我国的发展及今后的任务》为题发表了重要讲话。
他说,力学发展到现在,主要是应用力学,即把力学的基本原理应用到各个方面,解决问题。
从这一点出发,力学工作者主要应当为工程设计服务,直接为发展生产服务。
力学工作的目标,是建立准确的数学模型,然后用电子计算机求出答案,供工程技术人员使用。
计算力学是最经济、效率最高的工程设计方法。
钱学森认为,要达到这个目标很不容易,首先要搞清现象的机制机理,在许多基础工作的基础上,建立准确的数学模型。
有了数学模型,还要研究发展计算数学,才能有效地利用电子计算机进行计算。
钱学森同时还指出,为工程设计服务,是力学工作的主要方面,但不是唯一方面,它的另一个方面是为发展自然科学服务。
力学和数学、物理学、化学、天文学、地学、生物学等学科都可以结合,互相服务,互相促进各自学科的发展。
力学的这两个方面不能截然分开,而是要经常交流,紧密配合。
3.3对近代力学研究范围的扩展
钱学森在一次演讲中指出,应该扩大力学的范围。
力学的内容不应只包括应用力学的创始人克莱因时代的固体力学和流体力学,还应该包括弹道学、物理力学、稀薄气体力学、化学流体力学、电磁流体力学等。
可贵的是,钱学森在他所列举的上述学科领域里几乎都作出了开创性的贡献,如本文前一部分所述。
4创建物理力学
物理力学是钱学森于20世纪50年代初提出和建立起来的一门新兴学科。
他编写的专著《物理力学讲义》,开创了这门学科的发展道路。
物理力学的一些内容虽然早已分散在其他学科领域作了研究,但集中起来进行系统深入的研究,当成一门新兴学科加以发展,则是钱学森作出的开创性的贡献。
钱学森是物理力学这一学科公认的创立者。
4.1钱学森创建物理力学的学术思想背景
1946年,钱学森将稀薄气体的物理、化学和力学特性结合起来研究,这便是物理力学的先驱性的工作。
起初的研究目的仅仅是为了搞清火箭推进气体的物理和化学性能。
钱学森在美国期间,注意力集中在两个广阔的主题上:
一个是如何解决喷气推进系统及喷气推进飞行器在高温、高压、高加热率的极端条件下遇到的问题;另一个是火箭推进的导弹和卫星的发展中,应用高级控制方法的必要性。
关于第一个课题,设计喷气推进系统,经常需要知道极端温度下特殊组分气体的性质或者特殊状态下难得见到的液体推进剂的性质。
更常遇到的是,想要得到的状态超出了实验所能达到的范围,因此得不到想要的数据。
为了解决这类问题,钱学森应用统计力学、光谱学和化学动力学,研究了气体和液体的平衡和输运性质以及气体的热辐射性质等。
他凭借深厚的数学和物理功底,开辟了一条通过技术科学解决工程技术问题的新途径。
在第二次世界大战中,原子弹的研制和使用,引出了核反应工程的新领域,但在研制中需要知道介质和材料在极高的压力和温度状态下的性能和行为,同样存在上述缺乏数据的困难。
钱学森敏锐地意识到,在火箭技术、核能技术等重要领域,迫切需要高温、高压、超高温、超高压及放射线作用等条件下介质和材料的性质,诸如本构关系、输运性质及化学反应的平衡和动力学的数据等。
然而实验却遇到很大困难。
钱学森考虑到近代物理学和化学的发展,对物质在原子核以外的微观结构已有相当的了解,有条件建立一门新的技术学科,即他称为“物理力学”的这一新兴学科。
其目的是通过对物质的微观分析,把有关物质宏观性质的实验数据加以总结和整理,找出规律,得到需要的数据,并且可以预见新兴材料的宏观性质,为发展新材料和新工艺服务。
他在1952年的开创性论文中指出,科学家利用统计力学来证实分子模型的合理性,工程师则必须反其道而行之,利用统计力学,从已知并且可靠的分子模型出发,推导出工程材料的宏观性质。
钱学森发表了《液体特性》、《气体在高温高压下的热力学性质》等数篇论文。
他将物理力学这个新学科应用于液体性质和极高温度下气体的性质,于1953年发表了具有科学史意义的文章《PhysicalMechanics,aNewFieldinEngineeringScience》。
他正式提出物理力学的概念,主张从物质的微观规律研究确定其宏观力学特征,取得了开创性的成就,改变了过去只靠实验测定力学性质的方法,大大节约了人力物力,并开拓了高温高压的新领域。
1953年,钱学森
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