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ルートヴィヒ・プラントル（ドイツ語発音: [ ˈluːtvɪç ˈpʁantl̩ ]、1875年2月4日- 1953年8月15日）[ 1 ]は、ドイツの流体力学者、物理学者、航空宇宙科学者でした。彼は、航空力学の基礎となる厳密で体系的な数学的解析の開発の先駆者であり、その解析は航空工学の応用科学の基礎を形成するようになりました。[ 2 ] 1920年代には、特に亜音速空力学の基本原理の数学的基礎を開発し、一般的には遷音速まで、そして遷音速も含む範囲で研究を行いました。彼の研究により、境界層、薄翼、揚力線理論が明らかになりました。プラントル数は彼にちなんで名付けられました。[ 3 ]
プラントルは1875年2月4日、ミュンヘン近郊のフライジングで生まれた。 [ 3 ]彼の母親は長期の病気を患っていたため、ルートヴィヒは工学教授である父親と過ごす時間が多かった。父親はまた、彼に自然を観察し、その観察について考えるよう促した。
プラントルは1894年にミュンヘン工科大学に入学し、アウグスト・フェップル教授の指導の下、6年で博士号を取得した。 [ 4 ]彼の博士論文は「傾斜現象について、不安定な弾性平衡の一例」（1900年）であった。[ 3 ]
大学卒業後、プラントルはアウクスブルク＝ニュルンベルク機械工場に就職し、製造工程における切削屑除去用の吸引装置の改良に取り組んだ。そこで作業中に、吸引管が機能しないのは、流れの線が管の壁から剥離するため、急激に分岐する管内で期待される圧力上昇が起こらないからだと気づいた。この現象は、ダニエル・ベルヌーイが同様の水力学的ケースで既に指摘していた。プラントルは、この発見が、わずかに粘性のある流体における抵抗に対する境界層アプローチの根拠となったことを回想している。[ 5 ]
1901年、プラントルはハノーバーの技術学校（後にハノーバー工科大学、そしてハノーバー大学）の流体力学の教授となった。ここで彼は最も重要な理論の多くを発展させた。[ 3 ] 1904年8月8日、彼はハイデルベルクで開催された第3回国際数学会議で、画期的な論文「非常に摩擦の少ない流体の運動について」 （Über Flüssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung ）を発表した。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]この論文で彼は境界層とその抗力[ 3 ]および流線化における重要性について述べた。この論文ではまた、境界層の結果としての流れの剥離についても述べ、失速の概念を初めて明確に説明した。彼の学生の何人かは閉形式解を試みたものの失敗し、最終的に彼の元の論文に含まれる近似が広く使用されている。
この論文の影響は非常に大きく、プラントルは同年後半にハンス・ローレンツの後任としてゲッティンゲン大学の技術物理学研究所の所長に就任した。1907年、ゲッティンゲン在任中、プラントルは動力飛行船の模型研究のための新しい施設、モータールフトシフモデル実験施設（MVA） （1919年にエアロダイナミシェ実験施設（AVA）となる）の設立を任された。 [ 9 ]この施設は、空気抵抗が最小限となる形状を目指し、飛行船模型の風洞測定に重点を置いていた。第一次世界大戦中は、翼型の揚力と抗力、爆弾の空力、潜水艦のプロペラブレードのキャビテーションなど、多くの任務を担う大規模な研究施設として使用された。[ 9 ] 1925年、大学は彼の研究部門を分離してカイザー・ヴィルヘルム流体研究所（現在のマックス・プランク動力学・自己組織化研究所）を設立した。[ 10 ]
プラントルが1904年の論文で発表した境界層の概念は複雑だったため、当初はその概念の普及は遅かった。多くの人が理解不足のためにその概念を採用できなかった。境界層に関する新たな発見は1908年まで途絶えていたが、ゲッティンゲン大学の彼の教え子であるブラジウスとボルツェが境界層に関する論文を発表したことで状況が変わった。ブラジウスの論文は、平板が一様な流れと平行に接触したときに境界層で何が起こるかを説明した。ボルツェの研究はブラジウスの研究と似ていたが、平面ではなく球状の物体にプラントルの理論を適用した。プラントルは教え子の論文でのアイデアを拡張し、熱伝達に関連する熱境界層を含めた。[ 11 ]
1914年までに、ゲッティンゲンの研究者による境界層に関する論文がさらに3つ発表された。プラントルの1904年の論文と同様の理由で、境界層に関するこれら最初の7つの論文はゲッティンゲン以外ではなかなか広まらなかった。第一次世界大戦の影響もあり、プラントルの教え子の1人であるテオドール・フォン・カルマンが1921年に境界層を横切る運動量積分方程式に関する論文を発表するまで、境界層に関する論文はほとんど発表されなかった。[ 11 ]
1902年から1907年にかけてフレデリック・ランチェスターが先導した研究に続き、プラントルはアルバート・ベッツとマックス・ムンクと共に、「現実世界」の翼からの揚力を調べるための有用な数学的ツールの問題に取り組んだ。その成果は1918年から1919年に発表され、ランチェスター＝プラントル翼理論として知られている。彼はまた、第一次世界大戦の航空機のようなキャンバー翼型を研究するための具体的な追加を行い、これらの設計のための簡略化された薄翼型理論を発表した。この研究により、有限長の翼では翼端効果が翼の全体的な性能と特性に非常に重要になるという認識に至った。誘導抗力と翼端渦の性質に関する相当な研究も含まれており、これらは以前は無視されていた[ 3 ]。プラントルは、楕円形の翼幅方向の揚力分布が最も効率的であり、与えられた翼幅に対して最小の誘導抗力を与えることを示した。これらのツールのおかげで、航空機設計者は、航空機を製造する前に、有意義な理論的研究を行うことが可能になった。
プラントルは後に、ベル型の揚力分布を記述する理論を拡張し、翼端を洗い流して負のダウンウォッシュが得られるまで翼端付近の荷重を減らし、任意の翼構造重量に対して最小の誘導抗力を得るようにしました。[ 12 ]しかし、この新しい揚力分布は楕円形の分布ほど注目を集めず、当初はほとんどの実用的な航空機設計で無視されました。この概念は他の研究者によって再発見され、ますます重要になっています[ 13 ] [ 14 ] （プラントルD実験機も参照）。
プラントルと彼の弟子テオドール・マイヤーは、 1908年に超音速衝撃波と流れに関する最初の理論を開発した。プラントル＝マイヤー膨張ファンによって、超音速風洞の建設が可能になった。彼は1920年代までこの問題に取り組む時間がほとんどなく、その頃アドルフ・ブーゼマンと共同研究を行い、1929年に超音速ノズルの設計方法を開発した。今日では、すべての超音速風洞とロケットノズルは同じ方法で設計されている。超音速の本格的な発展は、ゲッティンゲン大学でプラントルの弟子であったテオドール・フォン・カルマンの研究を待たなければならなかった。
プラントルは「循環」の概念を開発し、これは船舶のプロペラの流体力学にとって特に重要であることが証明されました。彼は1910年から1918年にかけて、助手アルベルト・ベッツと学生マックス・ムンクとともにゲッティンゲンの研究所で実験作業のほとんどを行いました。循環に関する彼の発見のほとんどは、第一次世界大戦後まで西側世界には秘密にされていました。[ 15 ]
第一次世界大戦前、ドイツ自然科学者・医師協会（GDNÄ）は、ドイツ語圏の応用数学者、物理学者、技術者が議論できる唯一の場でした。[ 9 ] 1920年、彼らはバート・ナウハイムで会合を開き、戦争中の経験から応用科学のための新たな包括的な組織が必要であるという結論に至りました。[ 9 ]同年、主に産業研究所の物理学者たちが、ドイツ物理学会（DGTP）と呼ばれる新しい協会を設立しました。[ 9 ] 1921年9月、両協会はイエナでドイツ数学会（DMV）と会合を開きました。ZAMM （応用数学と力学ジャーナル）は創刊号で、この会議について「応用数学と力学が初めて本格的に発展した」と述べている[ 16 ]。このジャーナルは、プラントル、テオドール・フォン・カルマン、リヒャルト・フォン・ミーゼス、ハンス・ライスナーの共通の目標を宣伝していた[ 9 ]。
ZAMMの設立に加え、プラントルと彼の同僚たちの共同努力によりGAMM（国際応用数学・力学協会）も設立された。[ 9 ] GAMMの最初の会合の後、数学者、「科学技術者」、物理学者からなる新たな国際コミュニティが誕生したことが明らかになった。[ 9 ]
他の研究では、プラントル・グラウエルト補正として知られる、高亜音速での圧縮性の問題を検討した。これは、第二次世界大戦中に航空機が初めて超音速に近づき始めたときに非常に役立った。彼はまた、気象学、塑性、構造力学にも取り組んだ。彼はまた、摩擦学の分野にも大きく貢献した。[ 17 ]
プラントルは1921年から1929年にかけて不安定性の研究を行った後、発達した乱流の研究へと移った。[ 18 ]これはカルマンも研究していたため、発達した乱流における速度プロファイルの解を定式化するための競争が始まった。[ 18 ]二人の間に始まった専門的なライバル関係について、カルマンは次のように述べている。「アーヘンに来て以来、私の恩師と私は一種の世界的競争をしていたことに気づきました。もちろん、その競争は紳士的なものでしたが、それでも一流のライバル関係であり、プラントルと私の間、そしてさらに言えばゲッティンゲンとアーヘンの間の一種のオリンピックのようなものでした。『競技場』は応用力学の国際会議であり、私たちの『ボール』は乱流の普遍的な法則の探求でした。」[ 19 ] 1930 年頃、両者とも皮膚摩擦の逆二乗はレイノルズ数と皮膚摩擦の積の対数値と関係があるという結論に至り、レースは引き分けに終わった。以下に示すように、kとCは定数である。
プラントルとフォン・カルマンの境界に関する研究は影響力があり、第一次世界大戦後、世界中の空力学および流体力学の専門家に採用されました。1932年5月、ハンブルクで船舶推進の流体力学的問題に関する国際会議が開催されました。ギュンター・ケンプフはこの会議で、フォン・カルマンとプラントルの理論的発見の多くを裏付ける数々の実験を発表しました。[ 20 ]
ヒトラーの権力掌握と第三帝国の樹立後も、プラントルはカイザー・ヴィルヘルム協会の理事長としての役割を継続した。この時期、ヘルマン・ゲーリング率いるナチス航空省は、プラントルの科学者としての国際的な名声をしばしば利用して、ドイツの科学政策を推進した。プラントルはナチス政権の使者として喜んでその役割を果たしたようで、1937年にNACAの代表に宛てた手紙の中で「イタリアのファシズムとドイツの国家社会主義は、新しい思考と経済の非常に良い出発点を示していると私は信じている」と述べている。プラントルの政権支持は、 1938年と1939年にGIテイラーとその妻に宛てた手紙にも明らかである。ナチス・ドイツによるユダヤ人への扱いについて、プラントルは「ドイツが不幸にもユダヤ人と戦わなければならなかった闘争は、自国の存続のために必要だった」と書いている。プラントルはまた、「もし戦争が起こるならば、政治的手段によって戦争を引き起こした責任は、今回は間違いなくイギリス側にある」と主張した。[ 21 ]
プラントルはドイツ物理学会（DPG）の会員として、 1941年にカール・ラムザウアーと共にDPG請願書の草案作成に協力した。DPG請願書は1942年に発表され、ドイツの物理学者が「ユダヤ物理学」（相対性理論と量子論）を拒否したために、ドイツの物理学はアメリカ合衆国の物理学に遅れをとっていると主張した。DPG請願書の発表後、「ドイツ物理学」の優位性に対する信念は弱まり、ドイツの学生が学校でこれらの新しい分野を学ぶことが可能になった。[ 20 ]
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プラントルは1953年8月15日に亡くなるまでゲッティンゲン大学で研究を続けた。彼の流体力学に関する研究は、今日でも航空力学や化学工学の多くの分野で活用されている。彼はしばしば現代航空力学の父と呼ばれている。
月の裏側にあるプラントル・クレーターは、彼の功績を称えて名付けられた。
ルートヴィッヒ・プラントル・リングは、航空宇宙工学の分野における傑出した貢献を称えて、ドイツ航空研究機構から航空宇宙工学の分野での顕著な貢献を称えて授与されました。
1992年、プラントルはサンディエゴ航空宇宙博物館の国際航空宇宙殿堂入りを果たした。[ 22 ]
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