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. 1920lerde 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.
Erken yıllar
Prandtl 1875da Münih yakınındaki Freisingde dünyaya geldi. Çocukluğunda, annesinin uzun süreli bir hastalıktan muzdarip olması sebebiyle daha çok bir mühendislik profesörü olan babası ile vakit geçirirdi. Babası, Ludwigi doğayı gözlemeye ve gözlemleri hakkında düşünmeye teşvik etmekteydi.
1894te Münih Teknik Üniversitesine girdi ve Profesor August Föpplın 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.
Sonraki yıllar
Prandtl 1901 yılında Hannoverdeki, 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 1904te Heidelbergdeki Üçüncü Uluslararası Matematik Kongresinde 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 Lorenzin yerini aldı. Sonraki on yıllar boyunca enstitüyü dünyada aerodinamik biliminin merkezi haline getirdi ve bu durum II. Dünya Savaşının sonuna kadar devam etti. 1925te, kurduğu araştırma kolu üniversite tarafından Kaiser Wilhelm Akış Araştırmaları Enstitüsünü (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 Lanchesterın önünü açtığı bir çalışmada Albert Betz ve Max Munk ile birlikte çalıştı. Sonuçlar 1918-1919 yıllarında yayımlanmıştır ve LanchesterPrandtl kanat kuramı olarak bilinmektedir. Ayrıca II. Dünya Savaşında 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. PrandtlMeyer genişleme dalgası, sesüstü rüzgar tünellerinin yapılabilmesine olanak sağladı. 1920lere kadar problem üzerine çalışmaya yeterli zaman ayıramayan Prandtl, 1929da Adolf Busemann ile birlikte sesüstü nozul tasarımı için bir yöntem geliştirdi. Günümüzde tüm sesüstü rüzgar tünelleri ve roket nozulları aynı yöntem kullanılarak tasarlanmaktadır. Sesüstü akışlar üzerine çalışmalar olgunluğa daha sonra, Prandtlın Göttingenden öğrencisi olan Theodore von Kármánın katkıları ile erişecekti.
1922'de Prandtl, Richard von Mises ile birlikte GAMMı (Uluslararası Uygulamalı Matematik ve Mekanik Derneği) kurdu. 1922den 1933e kadar derneğin başkanlığını yaptı. Ayrıca 1945e kadar Nazi Almanyasının havacılık bakanlığı ile yakın çalıştı.
PrandtlGlauert düzeltmesi olarak bilinen diğer bir çalışmasında yüksek sesaltı hızlardaki sıkıştırılabilirlik problemini inceledi. Buradaki katkıları uçakların ilk kez ses hızına yaklaşmaya başladıkları II. Dünya Savaşında faydalı olmuştur. Meteoroloji, plastisite ve yapısal mekanik alanlarında da çalışmalar yaptı. Ayrıca, triboloji alanına da kayda değer katkıları oldu.
Prandtl ve Nazi Almanyası
Prandtl, Hitler'in iktidara gelip Nazi Almanyasını kurmasından sonra da Kaiser Wilhelm Topluluğundaki direktörlük görevine devam etti. Bu dönemde Hermann Göring tarafından yönetilen Nazi havacılık bakanlığı, Prandtlın bilim adamı olarak kazandığı uluslararası itibarı Almanyanın bilimsel hedefleri için sıklıkla kullandı. Prandtlın 1937de bir NACA temsilcisine verdiği yazılı demeçte kullandığı "İtalyadaki faşizm ve Almanyadaki 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 1939da yazdığı mektuplarda da açıkça görülmektedir. Nazi Almanyasının yahudilere karşı tavrı ile ilgili olarak "Almanyanın 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 İngilteredir." iddiasında bulunmuştur.
Bazı yayınları
Paul Peter Ewald, Theodor Pöschl, Ludwig Prandtl; J. Dougall ve W. M. Deansin yetkili çevirileri ile, The Physics of Solids and Fluids: With Recent Developments, Blackie and Son (1930).
Ölümü ve sonrası
Prandtl 15 Ağustos 1953teki ölümüne kadar Göttingende çalıştı. Akışkan dinamiği üzerine yaptığı çalışmalar hala aerodinamiğin ve kimya mühendisliğinin pek çok alanında kullanılmaktadır. Sıklıkla modern aerodinamiğin babası olarak anılmaktadır.
Kendisinin şerefine Ayın arka yüzündeki Prandtl Kraterine ismi verilmiştir.
Yine onun şerefine havacılık mühendisliğindeki önemli katkılar Alman Havacılık ve Uzay Bilimleri Topluluğu tarafından Ludwig Prandtl Yüzüğü ile ödüllendirilmektedir.
Prandtl, 1992de San Diego Hava & Uzay Müzesindeki Uluslararası Hava & Uzay Onur Listesine dahil edilmiştir.
Kayda değer öğrencileri
Jakob Ackeret
Albert Betz
Paul Richard Heinrich Blasius
Adolf Busemann
Kurt Hohenemser
Theodore von Kármán
Lu Shijia (Hsiu-Chen Chang-Lu)
Hubert Ludwieg
Hilda M. Lyon (193233)
Hans Multhopp
Max Munk
Johann Nikuradse
Reinhold Rudenberg
Hermann Schlichting
Walter Tollmien
Victor Valcovici
Vishnu Madav Ghatage
Karl Wieghardt
Theodor Meyer
İlgili diğer başlıklar
Tesla türbini
Parçacık görüntüsüyle hız ölçümü
Rüzgar tüneli
Pitot tüpü