普朗特

人物生平

1875年2月4日生于弗賴辛，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，即慕尼黑工業(yè)大學(xué)）攻彈性力學(xué)。1900年，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，即漢諾威應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，Technical University Hannover）的流體力學(xué)教授。1902－1907年間，普朗特曾經(jīng)跟隨弗雷德里克.蘭開斯特（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)翼的升力問題尋找有用的數(shù)學(xué)工具。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。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)。此后他一直沒有時(shí)間在這個(gè)問題上繼續(xù)研究下去。1922年，普朗特與理查德.馮.米塞斯（Richard Von Mises）一起創(chuàng)建GAMM－國際應(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。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（Theodore Von Karman）完成。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）。1925年以后又建立威廉皇家流體力學(xué)研究所，并兼任所長。以后改所改名為普朗特流體力學(xué)研究所。1933年，希特勒上臺(tái)后，普朗特默許了對(duì)猶太同事的開除，并為保持德國在國際科學(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空軍部（Reich's Air Ministry）有密切的合作關(guān)系。1953年8月15日卒于哥廷根。

個(gè)人生活

在普朗特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，但是又不說是哪個(gè)女兒。福波教授和夫人經(jīng)過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)決定無比正確——普朗特和夫人共同度過了幸福愉快的一生。

學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)

19世紀(jì)末，流體力學(xué)研究有兩個(gè)互不相通的方向。一個(gè)是數(shù)學(xué)理論流體力學(xué)或水動(dòng)力學(xué)，當(dāng)時(shí)已達(dá)到較高水平，但計(jì)算結(jié)果與一些實(shí)驗(yàn)很不相符。另一個(gè)是水力學(xué)，它主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納出半經(jīng)驗(yàn)公式，應(yīng)用于工程實(shí)際。普朗特的邊界層理論把理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，奠定了現(xiàn)代流體力學(xué)的基礎(chǔ)。普朗特重視觀察和分析力學(xué)現(xiàn)象，養(yǎng)成非凡的直觀洞察能力，善于抓住物理本質(zhì)，概括出數(shù)學(xué)方程。他曾說：“我只是在相信自己對(duì)物理本質(zhì)已經(jīng)有深入了解以后，才想到數(shù)學(xué)方程。方程的用處是說出量的大小，這是直觀得不到的，同時(shí)它也證明結(jié)論是否正確?！逼绽侍剡€對(duì)可壓縮性問題進(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)。普朗特在固體力學(xué)方面也有不少貢獻(xiàn)。他的博士論文探討了狹長矩形截面梁的側(cè)向穩(wěn)定性。1903年提出了柱體扭轉(zhuǎn)問題的薄膜比擬法。他繼承并推廣了A.J.C.圣維南所開創(chuàng)的塑性流動(dòng)的研究。T.von卡門在他指導(dǎo)下完成的博士論文是關(guān)于柱體塑性區(qū)的屈曲問題。普朗特還解決了半無限體受狹條均勻壓力時(shí)的塑性流動(dòng)分析。著有《普朗特全集》、《流體力學(xué)概論》，此外還與O.G.蒂瓊合寫《應(yīng)用水動(dòng)力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)》（1931）等。1901年在機(jī)械廠工作，發(fā)現(xiàn)了氣流分離問題。后在漢諾威大學(xué)任教授時(shí)，用自制水槽觀察繞曲面的流動(dòng)，3年后提出邊界層理論，建立繞物體流動(dòng)的小粘性邊界層方程，以解決計(jì)算摩擦阻力、求解分離區(qū)和熱交換等問題。奠定了現(xiàn)代流體力學(xué)的基礎(chǔ)。普朗特在流體力學(xué)方面的其他貢獻(xiàn)有：①風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)。他認(rèn)為研究空氣動(dòng)力學(xué)必須作模型實(shí)驗(yàn)。1906年建造了德國第一個(gè)風(fēng)洞（見空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)），1917年又建成格丁根式風(fēng)洞。開創(chuàng)風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)技術(shù)，推動(dòng)了空氣動(dòng)力學(xué)研究②機(jī)翼理論。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，他于1913～1918年提出了舉力線理論和最小誘導(dǎo)阻力理論，后又提出舉力面理論等。提出升力線、升力面理論等，充實(shí)了機(jī)翼理論。相關(guān)的工作在1918－1919年間發(fā)表，此即“蘭開斯特－普朗特機(jī)翼理論”。后來普朗特還專門研究了帶彎度翼型的氣動(dòng)問題，并提出簡化的薄翼理論。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，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)被制造出來之前就能了解其基本性能。③湍流理論。提出層流穩(wěn)定性和湍流混合長度理論。此外還有亞聲速相似律和可壓縮繞角膨脹流動(dòng)，后被稱為普朗特-邁耶爾流動(dòng)。④提出邊界層理論，研究層流穩(wěn)定性和湍流邊界層，為計(jì)算飛行器阻力、控制氣流分離和計(jì)算熱交換等奠定了基礎(chǔ)。他在氣象學(xué)方面也有創(chuàng)造性論著。普朗特與蒂瓊合著的《應(yīng)用水動(dòng)力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)》于1931年出版。他的專著《流體力學(xué)概論》于1942年出版，中文譯本在1974年出版。他的力學(xué)論文匯編為3卷本《全集》，于1961年出版。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，被稱為“現(xiàn)代流體力學(xué)之父”。

人才培養(yǎng)

除了在流體力學(xué)中的研究工作，還培養(yǎng)了很多著名科學(xué)家，其中包括匈牙利著名流體力學(xué)家、航空和航天領(lǐng)域最杰出的一位元老馮-卡門（我國著名科學(xué)家錢偉長、錢學(xué)森、郭永懷的老師）是普朗特的學(xué)生，梅耶等著名流體力學(xué)家，我國著名的流體力學(xué)家、北京航空學(xué)院（現(xiàn)名北京航空航天大學(xué)）創(chuàng)建人之一陸士嘉教授也是普朗特的學(xué)生，而且是他唯一的一位女學(xué)生。