Von Berthold Lammert

Die in steter Wechselwirkung von Mathematik und Experiment erfolgte Begründung der modernen Strömungslehre in Göttingen stellt eine der hervorragendsten Leistungen der deutschen Wissenschaft unseres Jahrhunderts dar.

Als zu Beginn unseres Jahrhunderts die Erbauer der ersten Flugzeuge, die "Aviatiker", den Traum des Ikaros verwirklichten, da stießen sie als kühne Pioniere in unbekanntes Land vor. Daß eine Kombination von Propeller und Tragflügeln sich in die Luft erheben konnte, war ein unerhörtes Wunder! Was waren das für geheimnisvolle Kräfte, die die Schwerkraft von Tausenden von Kilo aufhoben? Zur Beantwortung dieser Frage mußte eine neue Wissenschaft erst geschaffen werden. Sie nannte sich "Aerodynamik" oder allgemein gesagt "Strömungslehre". Denn die mechanischen Gesetze strömender Luft Stämmen mit denen strömenden Wassers überein. Diese Strömungslehre hat neben vielem anderen auch das Geheimnis des Fliegens restlos aufgeklärt. Und heute werden Flugzeuge je nach der gewünschten Leistung genau so projektiert und vorausberechnet wie Ozeandampfer. Begriffe wie etwa Stromlinie, Wirbel, Windkanal sind den Zeitgenossen des Flugzeugs geläufig geworden. Wesentliche Grundlagen dieser aktuellen Wissenschaft wurden von Ludwig Prandtl und seinen Mitarbeitern gelegt.

In diesem Jahre konnte die Strömungsforschung, die sich heute zu einem unübersehbaren Gebiet geweitet hat, zwei Jubiläen begehen. Am 4. Februar feierte sie den 75. Geburtstag ihres "Vaters", der in Freising in Oberbayern das Licht der Welt erblickte, und am 15. Juli jährte sich zum 25. Male der Tag, an dem die Forschungsstätte Prandtls in die stolze Reihe der Kaiser-Wilhelm-Institute eingereiht wurde. Heute heißt sie "Max-Planck-Institut für Strömungsforschung" und wird von dem Nachfolger Prandtls, Professor A. Betz, geleitet, der u. a. in jahrelanger Arbeit zusammen mit Prandtl die Tragflügeltheorie entwickelte.

Daß Göttingen die Geburtsstätte der Strömungsforschung wurde, ist das Werk des großen Mathematikers Felix Klein, der in Göttingen eine enge Verbindung von reiner und angewandter Wissenschaft schuf. Technik ist nicht nur angewandte Wissenschaft, sondern stellt auch umgekehrt täglich der Wissenschaft Probleme. So stand auch der junge Maschineningenieur Prandtl bei seinem Eintritt in die Praxis im Jahre 1900 Fragen der Luftströmung gegenüber, vor denen die Wissenschaft von damals hilflos blieb. Also machte er eigene Versuche, die ersten tastenden Schritte auf einem Weg zu ungeahnter Höhe.

Wir heute kennen die ungeheure Mannigfaltigkeit von Strömungsbildern, in denen etwa das Wasser um den Schiffskörper oder die Luft um die Tragflügel eines Flugzeugs herumstreicht. Wir sehen, wie sich hinter dem bewegten Körper Wirbel ausbilden. Um den die Bewegung hemmenden Widerstand zu verringern, geben wir den Fahrzeugen "Stromlinienform"; hinter ihnen werden kaum Wirbel gebildet. Ebenso mannigfaltig sind die Bilder von Flüssigkeiten oder Gasen, die durch Rohre strömen oder durch Düsen als Wasser- oder Dampfstrahlen ins Freie treten. Wir brauchen nur den Wasserhahn aufzudrehen, um die beiden grundlegenden Charaktere, in denen Strömung auftritt, kennenzulernen, die "laminare" und die "turbulente" Strömung. Fließt bei kleiner Öffnung ein glasklarer Strahl, so strömen die Wasserteilchen in parallelen Stromlinien oder "laminar". Drehen wir den Hahn weiter auf, so wird die Bewegung ungeordnet, die Wasserteilchen verlieren ihre Linienordnung und durchmischen sich, der Strahl wird trübe, die Strömung ist. "turbulent".

Maßgebende Faktoren für die Strömung sind die innere Reibung, die Zähigkeit einer Substanz, ihre Zusammendrückbarkeit und ihre Trägheit. Im Jahre 1904 schon kam Prandtl zu der bahnbrechenden Erkenntnis, daß das gesamte Strömungsbild bestimmt wird durch das Verhalten dieser Faktoren in der Schicht der Flüssigkeit oder der Luft, die den festen Körpern unmittelbar anliegt, also die Schicht, die den Schiffskörper oder den Tragflügel umgibt, oder unmittelbar die Wände der Rohre oder Düsen berührt. Mit dieser Entdeckung der "Grenzschicht" legte Ludwig Prandtl das Fundament für die moderne Strömungslehre. Überschreitet die, Strömungsgeschwindigkeit an einer Stelle der Grenzschicht einen durch die Verhältnisse bestimmten Wert, so ändert die Flüssigkeit ihre Struktur, und die einfachen Gesetzen gehorchende laminare Strömung schlägt um in die turbulente. Für diese turbulente Bewegung gibt es noch keine allgemeinen Gesetze. Nur in einzelnen Fällen beherrschen wir sie. Sie stellt daher heute das Hauptproblem der Strömungsforschung dar.