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      普朗特(1875-1953)introduction

       最后的混世魔王 2011-01-04


          路德維奇.普朗特(Ludwig Prandtl)1875年2月4日出生于德國(guó)的弗萊辛(Freising),1953年8月15日卒于哥廷根。普朗特是現(xiàn)代力學(xué)的奠基人之一,他創(chuàng)立了邊界層理論、薄翼理論、升力線理論,研究了超聲速流動(dòng),提出普朗特-葛勞渥法則,并與他的學(xué)生梅耶(Meyer)一起研究了膨脹波現(xiàn)象(普朗特-梅耶流動(dòng)),并首次提出超聲速噴管設(shè)計(jì)方法。普朗特的開(kāi)創(chuàng)性工作,將19世紀(jì)末期的水力學(xué)和水動(dòng)力學(xué)研究統(tǒng)一起來(lái),被稱為“現(xiàn)代流體力學(xué)之父”。除了了在流體力學(xué)中的研究工作,還培養(yǎng)了很多著名科學(xué)家,其中包括馮.卡門(mén)、梅耶等著名流體力學(xué)家,對(duì)我國(guó)流體力學(xué)研究做出奠基工作的陸士嘉教授也曾是普朗特的學(xué)生。

          普朗特的母親常年患病,因此普朗特的少年時(shí)期更多的時(shí)間是與父親一起度過(guò)的。普朗特的父親是個(gè)工學(xué)教授,與父親在一起的生活經(jīng)歷使普朗特養(yǎng)成了觀察自然、仔細(xì)體味的習(xí)慣。1894年普朗特進(jìn)入慕尼黑技術(shù)學(xué)院(Technische Hochschule Munich)學(xué)習(xí),6年后獲得博士學(xué)位(Ph.D.)。普朗特在慕尼黑的主要工作是在固體力學(xué)范疇內(nèi),主要是設(shè)計(jì)一種工廠中使用的設(shè)備。在那里他第一次介入流體力學(xué)領(lǐng)域——當(dāng)時(shí)他要設(shè)計(jì)一種吸出裝置,在經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn)對(duì)比后,他設(shè)計(jì)出一種流量更高、能耗更小的裝置。

          1901年,普朗特成為漢諾威技術(shù)學(xué)校(Technical School in Hannover,即現(xiàn)在的漢諾威技術(shù)大學(xué),Technical University Hannover)的流體力學(xué)教授。在這所學(xué)校,普朗特完成了他幾項(xiàng)著名的工作。1904年,普朗特完成他最著名的一篇論文——《非常小摩擦下的流體流動(dòng)》。在這篇論文中,普朗特首次描述了邊界層及其在減阻和流線型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,描述了邊界層分離,并提出失速概念。后來(lái)普朗特的幾個(gè)學(xué)生曾經(jīng)試圖給邊界層方程找到封閉形式的解,但都沒(méi)有成功。普朗特原始論文中的近似解于是得到廣泛應(yīng)用。

          普朗特的論文引起數(shù)學(xué)家克萊因的關(guān)注,克萊因因此舉薦普朗特成為哥廷根大學(xué)技術(shù)物理學(xué)院主任。在隨后的幾十年中,普朗特將這所學(xué)院發(fā)展成為空氣動(dòng)力學(xué)理論的推進(jìn)器,在這個(gè)學(xué)科中領(lǐng)先世界直到二戰(zhàn)結(jié)束。1925年從這個(gè)學(xué)院中分離出凱撒.威爾海姆(Kaiser Wilhelm)流動(dòng)研究所(即現(xiàn)在的Max Planck動(dòng)力學(xué)與自組織研究所)。

          1902-07年間,普朗特曾經(jīng)跟隨弗雷德里克.蘭開(kāi)斯特(Friedricks Lanchester),與阿爾伯特.貝茨(Albert Betz)和麥克斯.芒克(Max Munk)一道,為研究真實(shí)機(jī)翼的升力問(wèn)題尋找有用的數(shù)學(xué)工具。相關(guān)的工作在1918-19年間發(fā)表,此即“蘭開(kāi)斯特-普朗特機(jī)翼理論”。后來(lái)普朗特還專門(mén)研究了帶彎度翼型的氣動(dòng)問(wèn)題,并提出簡(jiǎn)化的薄翼理論。這項(xiàng)工作使人們認(rèn)識(shí)到對(duì)于有限翼展機(jī)翼,翼尖效應(yīng)對(duì)機(jī)翼整體性能的重要性。這項(xiàng)工作的主要貢獻(xiàn)在于指出翼尖渦和誘導(dǎo)阻力的本性,這個(gè)問(wèn)題在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)一直沒(méi)有得到重視。在這些理論的指導(dǎo)下,飛機(jī)設(shè)計(jì)師們第一次可以在飛機(jī)被制造出來(lái)之前就能了解其基本性能。

          1908年,普朗特與他的學(xué)生西奧多.梅耶(Theodor Meyer)提出第一個(gè)關(guān)于超聲速激波流動(dòng)的理論,普朗特-梅耶膨脹波理論成為超聲速風(fēng)洞設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。此后他一直沒(méi)有時(shí)間在這個(gè)問(wèn)題上繼續(xù)研究下去,直到1929年他和阿道夫.布斯曼(Adolf Busemann)一起提出一種超聲速噴管的設(shè)計(jì)方法。直到今天,所有超聲速風(fēng)洞和火箭噴管的設(shè)計(jì)仍然采用普朗特的方法。關(guān)于超聲速流動(dòng)的完整理論最后由普朗特的學(xué)生西奧多.馮.卡門(mén)(Theodore Von Karman)完成。

          1922年,普朗特與理查德.馮.米塞斯(Richard Von Mises)一起創(chuàng)建GAMM-國(guó)際應(yīng)用數(shù)學(xué)與力學(xué)學(xué)會(huì),并在1922年至33年期間擔(dān)任主席。1933年希特勒上臺(tái)后,普朗特默許了對(duì)猶太同事的開(kāi)除,并為保持德國(guó)在國(guó)際科學(xué)界的地位進(jìn)行了大量宣傳活動(dòng)。在二戰(zhàn)前和二戰(zhàn)期間,普朗特與格林的帝國(guó)空軍部(Reich's Air Ministry)有密切的合作關(guān)系。

          普朗特還對(duì)可壓縮性問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出普朗特-葛勞渥修正公式。在二戰(zhàn)期間,當(dāng)飛機(jī)飛行速度接近聲速時(shí),這個(gè)公式發(fā)揮了重要作用。普朗特在流變學(xué)、彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)方面也有諸多貢獻(xiàn)。

          普朗特做過(guò)很多天真的事。比如在他34歲的時(shí)候他決定結(jié)婚,于是他就跑到他的老師奧古斯特.福波(August Foppl)教授那里,請(qǐng)教授把女兒嫁給他,但是又不說(shuō)是哪個(gè)女兒。福波教授和夫人經(jīng)過(guò)緊急討論并做出聰明決定——讓大女兒嫁給普朗特。事實(shí)證明,這個(gè)決定無(wú)比正確——普朗特和夫人共同度過(guò)了幸福愉快的一生。

       

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