Ludwig Prandtl

Ludwig Prandtl (4 Şubat 1875 – 15 Ağustos 1953), Alman akışkan dinamikçi, fizikçi ve uzay bilimcisidir. Gelişimine öncülük ettiği sistematik matematiksel çözümlemeleri havacılık mühendisliği uygulamalı biliminin özünü oluşturacak olan aerodinamik biliminin temelini oluşturmak için kullanmıştır. 1920’lerde özellikle sesaltı aerodinamiğin, daha genel olarak transonik ve altı hızlardaki akışların temel prensiplerini oluşturacak matematiksel temelleri geliştirmiştir. Çalışmalarıyla sınır katmanı konsepti ile ince kanat profili ve kaldırma hattı kuramlarını tanımlamıştır. Prandtl numarasına ismini vermiştir.

Prandtl 1875’da Münih yakınındaki Freising’de dünyaya geldi. Çocukluğunda, annesinin uzun süreli bir hastalıktan muzdarip olması sebebiyle daha çok bir mühendislik profesörü olan babası ile vakit geçirirdi. Babası, Ludwig’i doğayı gözlemeye ve gözlemleri hakkında düşünmeye teşvik etmekteydi.

1894’te Münih Teknik Üniversitesi’ne girdi ve Profesor August Föppl’ın danışmanığında altı yılda doktora diploması ile mezun oldu. Münihteki çalışmaları katı mekaniği üzerineydi ve ilk işinde fabrika donanımları tasarlayan bir mühendis olarak çalıştı. Burada bir emiş cihazı tasarlama görevini yerine getirirken akışkan mekaniği alanına girmiş oldu. Bazı deneylerden sonra eskisinden daha az enerji sarf ederek istenen görevi yerine getiren bir cihaz tasarlamayı başardı.

Prandtl 1901 yılında Hannover’deki, daha sonra Hannover Teknik Üniversitesi, sonra da Hannover Üniversitesi olacak teknik okulda akışkan mekaniği profesörü oldu. Literatüre kazandırdığı önemli kuramlarının çoğunu burada geliştirdi. 8 Ağustos 1904’te Heidelberg’deki Üçüncü Uluslararası Matematik Kongresi’nde Über Flüssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung (Çok Düşük Sürtünmedeki Akışkanların Hareketi Üzerine) başlıklı çığır açan makalesini sundu. Bu çalışmasında sınır katmanını tanımlamış ve sürükleme ile aerodinamik tasarım konuları açısından önemini vurgulamıştır. Çalışmada ayrıca sınır katmanının bir sonucu olan akış ayrılması da tanımlanmış ve perdövites konsepti ilk kez net bir şekilde açıklanmıştır. Öğrencilerinin bir çoğu buradaki konseptler için kapalı form çözümler türetmeye çalıştıysa da bu girişimler başarısız olmuştur. Sonuç olarak orijinal çalışmada verilen yaklaşımlar yaygın kullanımda kalmıştır.

Makalenin yarattığı etki o kadar büyük oldu ki yılın sonunda Prandtl, Göttingen Üniversitesi Teknik Fizik Enstitüsü direktörü olarak Hans Lorenz’in yerini aldı. Sonraki on yıllar boyunca enstitüyü dünyada aerodinamik biliminin merkezi haline getirdi ve bu durum II. Dünya Savaşı’nın sonuna kadar devam etti. 1925’te, kurduğu araştırma kolu üniversite tarafından Kaiser Wilhelm Akış Araştırmaları Enstitüsü’nü (günümüzde Max Planck Dinamik ve Öz-Örgütlenme Enstitüsü) kurmak üzere enstitüden ayrıldı.

"Gerçek" kanatlardaki kaldırma kuvvetini incelemeye yarayacak bir matematiksel araç geliştirmek için 1902-1907 yılları arasında Frederick Lanchester’ın önünü açtığı bir çalışmada Albert Betz ve Max Munk ile birlikte çalıştı. Sonuçlar 1918-1919 yıllarında yayımlanmıştır ve Lanchester–Prandtl kanat kuramı olarak bilinmektedir. Ayrıca II. Dünya Savaşı’nda kullanılan uçaklardaki gibi kavisli kanat profilleri çalışmalarına da katkıda bulundu ve bu tasarımlar için basitleştirilmiş bir ince profil kuramı yayınladı. Bu çalışma ile sonlu uzunluktaki herhangi bir kanat tasarımı için, kanat ucundaki etkilerin kanatın genel başarımı ve karakterizasyonu için oldukça önemli olduğu anlaşıldı. Böylece daha önce göz ardı edilen indüklenmiş sürükleme ve kanat-ucu girdaplarının doğaları üzerine büyük bir katkı yapılmış oldu. Prandtl, kanat açıklığı boyunca kaldırma kuvveti dağılımının eliptik olmasının en verimli dağılım olduğunu ve belirli bir kanat açıklığı için en düşük indüklenmiş sürüklemeyi verdiğini gösterdi. Yaptığı tüm bu katkılar uçak tasarımcılarına üretime girmeden önce tasarımları üzerinde anlamı kuramsal çalışmalar yapabilmeleri için olanak sağlamıştır.

Prandtl daha sonra kanat uçlarını negatif kaldırma kuvveti verecek şekilde tasarlayarak elde ettiği çan eğrisi şeklindeki kaldırma kuvveti dağılımını tanımlayacak şekilde kuramını genişletti. Bu dağılımla, herhangi bir uçak ağırlığı için en düşük indüklenmiş sürükleme elde edilmekteydi. Ayrıca olumsuz yalpa kuvvetlerinin sadece kanat-ucu aerodinamiği ile alt edilebileceğini iddia etmiş, ancak bu yeni kuramı çoğunlukla dikkate alınmamıştır. 21. yüzyılda Amerikan mühendis Al Bowers bu fikri onaylamış ve buna uygun tasarladığı deneysel kanadına Prandtl-D ismini vermiştir.

1908'de Prandtl ve öğrencisi Theodor Meyer, sesüstü şok dalgaları üzerine ilk kuramları geliştirdiler. Prandtl–Meyer genişleme dalgası, sesüstü rüzgâr tünellerinin yapılabilmesine olanak sağladı. 1920’lere kadar problem üzerine çalışmaya yeterli zaman ayıramayan Prandtl, 1929’da Adolf Busemann ile birlikte sesüstü nozul tasarımı için bir yöntem geliştirdi. Günümüzde tüm sesüstü rüzgâr tünelleri ve roket nozulları aynı yöntem kullanılarak tasarlanmaktadır. Sesüstü akışlar üzerine çalışmalar olgunluğa daha sonra, Prandtl’ın Göttingen’den öğrencisi olan Theodore von Kármán’ın katkıları ile erişecekti.

1922'de Prandtl, Richard von Mises ile birlikte GAMM’ı (Uluslararası Uygulamalı Matematik ve Mekanik Derneği) kurdu. 1922’den 1933’e kadar derneğin başkanlığını yaptı. Ayrıca 1945’e kadar Nazi Almanyası’nın havacılık bakanlığı ile yakın çalıştı.

Prandtl–Glauert düzeltmesi olarak bilinen diğer bir çalışmasında yüksek sesaltı hızlardaki sıkıştırılabilirlik problemini inceledi. Buradaki katkıları uçakların ilk kez ses hızına yaklaşmaya başladıkları II. Dünya Savaşı’nda faydalı olmuştur. Meteoroloji, plastisite ve yapısal mekanik alanlarında da çalışmalar yaptı. Ayrıca, triboloji alanına da kayda değer katkıları oldu.

Prandtl, Hitler'in iktidara gelip Nazi Almanyası’nı kurmasından sonra da Kaiser Wilhelm Topluluğu’ndaki direktörlük görevine devam etti. Bu dönemde Hermann Göring tarafından yönetilen Nazi havacılık bakanlığı, Prandtl’ın bilim adamı olarak kazandığı uluslararası itibarı Almanya’nın bilimsel hedefleri için sıklıkla kullandı. Prandtl’ın 1937’de bir NACA temsilcisine verdiği yazılı demeçte kullandığı "İtalya’daki faşizm ve Almanya’daki nasyonal sosyalizmin yeni bir düşünce ve ekonomi sistemi için güzel bir başlangıç olduğuna inanıyorum." ifadesinden Nazi rejimine mutlulukla elçilik ettiği anlaşılmaktadır. Rejime desteği G. I. Taylor ve eşine 1938 ve 1939’da yazdığı mektuplarda da açıkça görülmektedir. Nazi Almanya’sının yahudilere karşı tavrı ile ilgili olarak "Almanya’nın yahudilere karşı ne yazık ki vermek zorunda kaldığı mücadele kendini koruması için şarttı." yazmıştır. Ayrıca, "Eğer bir savaş olacaksa, sorumlusu yaptığı politik hamleler sebebiyle kesinlikle İngiltere’dir." iddiasında bulunmuştur.

Paul Peter Ewald, Theodor Pöschl, Ludwig Prandtl; J. Dougall ve W.M. Deans’in yetkili çevirileri ile, The Physics of Solids and Fluids: With Recent Developments, Blackie and Son (1930).

Prandtl 15 Ağustos 1953’teki ölümüne kadar Göttingen’de çalıştı. Akışkan dinamiği üzerine yaptığı çalışmalar hâlâ aerodinamiğin ve kimya mühendisliğinin pek çok alanında kullanılmaktadır. Sıklıkla modern aerodinamiğin babası olarak anılmaktadır.