什麼是拉瓦爾噴管

什麼是拉瓦爾噴管

拉瓦爾噴管

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拉瓦爾噴管是火箭發動機和航空發動機最常用的構件，由兩個錐形管構成，如圖一所示，其中一個為收縮管，另一個為擴張管。
拉瓦爾噴管是推力室的重要組成部分。噴管的前半部是由大變小向中間收縮至一個窄喉。窄喉之後又由小變大向外擴張至箭底。箭體中的氣體受高壓流入噴嘴的前半部，穿過窄喉後由後半部逸出。這一架構可使氣流的速度因噴截面積的變化而變化，使氣流從亞音速到音速，直至加速至跨音速。所以，人們把這種喇叭形噴管叫跨音速噴管。由於它是瑞典人拉瓦爾發明的，因此也稱為"拉瓦爾噴管"。分析一下拉瓦爾噴管的原理。火箭發動機中的燃氣流在燃燒室壓力作用下，經過噴管向後運動，進入噴管的a1。在這一階段，燃氣運動遵循"流體在管中運動時，截面小處流速大，截面大處流速小"的原理，因此氣流不斷加速。當到達窄喉時，流速已經超過了音速。而跨音速的流體在運動時卻不再遵循"截面小處流速大，截面大處流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。在a2，燃氣流的速度被進一步加速，為2-3公裡/秒，相當於音速的7-8倍，這樣就產生了巨大的推力。拉瓦爾噴管實際上起到了一個"流速增大器"的作用。其實，不僅僅是火箭發動機，飛彈的噴管也是這樣的喇叭形狀的，所以拉瓦爾噴管在武器上有著非常廣泛的應用。

拉瓦爾噴管-正文截面積先逐漸收縮後逐漸擴張的噴管，用以在出口處獲得超聲速氣流。瑞典工程師
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拉瓦爾首先將它用於高速汽輪機，後來這種噴管也廣泛應用於噴氣發動機和火箭發動機。拉瓦爾噴管的上游接大容器或空間較大的通道，其中的氣體壓力可視為滯止壓力ｐ0（見氣體動力學）。噴管的下游壓力稱為背壓，用ｐe表示。在噴管擴張段中可能產生激波（圖中s處）。管內無激波時,拉瓦爾噴管內的流動可按一維定常定熵流動處理；管內有激波時，波前、波後的流動仍可按定熵流動處理，再用正激波關系把兩者連接起來。圖為不同ｐe/ｐ0值時拉瓦爾噴管內的各種流動工況。圖中μɑ為馬赫數;p為氣流壓力。當ｐe/ｐ0足夠小時,氣流在拉瓦爾噴管中會不斷地膨脹,壓力連續下降，速度連續增大,馬赫數也不斷增大,收縮段中μɑ＜1，喉部處μɑ=1,擴張段中μɑ＞1,出口處為超聲速氣流。這種情況對應於圖中f、g、h、j、k等情況。拉瓦爾噴管的理想工況是圖中j工況。

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拉瓦爾噴管是火箭發動機和航空發動機最常用的構件，由兩個錐形管構成，如圖一所示，其中一個為收縮管，另一個為擴張管。
拉瓦爾噴管是推力室的重要組成部分。噴管的前半部是由大變小向中間收縮至一個窄喉。窄喉之後又由小變大向外擴張至箭底。箭體中的氣體受高壓流入噴嘴的前半部，穿過窄喉後由後半部逸出。這一架構可使氣流的速度因噴截面積的變化而變化，使氣流從亞音速到音速，直至加速至跨音速。所以，人們把這種喇叭形噴管叫跨音速噴管。由於它是瑞典人拉瓦爾發明的，因此也稱為"拉瓦爾噴管"。分析一下拉瓦爾噴管的原理。火箭發動機中的燃氣流在燃燒室壓力作用下，經過噴管向後運動，進入噴管的a1。在這一階段，燃氣運動遵循"流體在管中運動時，截面小處流速大，截面大處流速小"的原理，因此氣流不斷加速。當到達窄喉時，流速已經超過了音速。而跨音速的流體在運動時卻不再遵循"截面小處流速大，截面大處流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。在a2，燃氣流的速度被進一步加速，為2-3公裡/秒，相當於音速的7-8倍，這樣就產生了巨大的推力。拉瓦爾噴管實際上起到了一個"流速增大器"的作用。其實，不僅僅是火箭發動機，飛彈的噴管也是這樣的喇叭形狀的，所以拉瓦爾噴管在武器上有著非常廣泛的應用。