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第二次世界大战期间,英国军队轰炸机曾夜袭哥廷根,投放了气爆弹。次日,大部分人都在街上清扫被气浪震碎的残片,而有一人却在一段被气流摧毁的矮墙前驻足良久,还自言自语道“终于有机会来察看这难得的空气动力学现象”。这个人便是大名鼎鼎的空气动力学之父普朗特。
普朗特(1875-1953)
普朗特是德国著名物理学家,近代力学奠基人之一。他创立了空气动力实验所和流体力学研究所,提出了边界层理论,被誉为“空气动力学之父”和“现代流体力学之父”。
路德维希·普朗特是近代流体力学的奠基人、“现代空气动力学之父”
普朗特从小便培养了非常不错的察看习惯,这得益于他与爸爸——一位工学教授一块生活成长的历程。非凡的洞察能力,是他日后提出边界层理论的好基础。
1894年,19岁的普朗特进入慕尼黑技术学院学习,主攻方向是弹性力学。6年后,他获得了博士学位,研究范围仍是固体力学范畴。不过,在那里,他首次接触到了流体力学范围。为了设计一种吸出装置,他钻研了更多流体力学的理论,并成功研制出一种流量更小、耗能也更低的吸出装置。次年,普朗特被聘为汉诺威应用技术大学的流体力学教授。
当时,机翼的升力问题迟迟得不到解决,由于没特别适合的数学工具。于是,普朗特与阿尔伯特·贝茨、麦克斯·芒克一块,开始了有关方面的研究。
1904年,普朗特完成了他最著名的一篇论文——《很小摩擦下的流体流动》。论文中,普朗特首次明确描述了边界层及其在减阻和流线型设计中的应用,并概念了失速。尽管对于边界层方程,普朗特给出的是近似解,但由于无人能给出更详尽的分析解,所以近似解成为了最佳的选择,得到了广泛应用。边界层理论为计算飞行器阻力、控制气流离别等提供了依据。
路德维希·普朗特在1904年用普朗特水槽模拟流体过程
普朗特的边界层理论将实践和理论相结合,奠定了现代流体力学的基础。他在数学和力学方面的出色表现得到了数学家克莱因的关注,被克莱因举荐成为哥廷根大学技术物理学院的主任。自此,普朗特开始专心在空气动力学范围进行研究,并把这个学院进步成了空气动力学理论的推进器。
普朗特对可压缩性问题进行了研究,提出普朗特-葛劳渥修正公式。当飞机飞行速度接近声速时,这个公式便看上去非常重要。
风洞试验也是普朗特第一提出的。他觉得,研究空气动力学,必须要做有关的模拟实验。1906年,他带领研究职员建造了德国第一个风洞。目前大伙都了解,航天研究中,风洞试验是必不可少的。
普朗特和他的实验设施
对于机翼理论,普朗特也有不小的贡献。他在试验的基础上,提出了升力线、升力面理论等,使机翼有关理论变得愈加健全,确立了著名的“兰开斯特-普朗特机翼理论”。有一阵,普朗特还专门研究了带弯度翼型的气动问题,并提出了浅易的薄翼理论。在这类理论的指导下,飞机设计师可以在飞机制造出来时就知道其基本性能,这还是初次。
普朗特不只在力学范围是多产的科学家,在人才培养方面也有特别的贡献。他培养了很多著名科学家,其中就包含被誉为“航空航天年代科学奇才”的冯·卡门。国内北京航空航天大学的创建人之一陆士嘉教授也是普朗特的学生,还是他收的唯一关门女弟子。
1945年在德国,右起:钱学森、冯·卡门、普朗特
今天,当大家仰望蓝天,看到呼啸而过的飞机时,不应忘记普朗特对人类的非凡贡献。
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