Laval Nozzle
라발 노즐(Laval nozzle)은 초음속 로켓 엔진과 제트 엔진에 필수적인 수축–확대(supersonic converging–diverging, C–D) 노즐이에요.
핵심은 가스를 음속까지 가속한 뒤, 단면적이 다시 커지는 영역에서 초음속으로 폭발적으로 가속시키는 장치라는 점입니다.
라발 노즐 핵심 개념
1) 구조: Converging Throat Diverging
• 수축부(converging section)
가스가 모이면서 압력이 증가하고 속도는 음속(마하 1)에 접근.
• 스로트(throat)
가장 좁은 지점.
여기서 마하 1(choked flow)이 되면서 유량이 최대치로 고정.
• 확대부(diverging section)
단면적이 커질수록 초음속으로 가속.
압력 , 온도 , 속도 (마하 3~4까지 가능)
작동 원리
1. 연소실에서 고압·고온 가스 발생
압력 50~300 bar 이상, 온도 2500–3500 K.
2. 수축부에서 마하 1로 가속
가스가 좁아지는 통로를 지나면서 속도 증가.
3. 스로트에서 Choked Flow
• 최대 유량
• 뒤쪽 압력이 낮아져도 유량은 더 증가하지 X 설계가 쉬워짐
• 여기서 마하 1 형성
4. 확대부에서 초음속으로 폭발적 가속
단면적 증가 = 초음속 유체에서는 가속 조건
고출력, 고추력(Thrust) 생성
로켓이 우주로 갈 수 있게 됨
왜 필요한가?
상황 이유
로켓 추진제를 최대한 빠르게 분사해 큰 추력을 만들기 위해
제트 엔진 후미 애프터버너·램제트·스크램젯에서 초음속 기류 형성
산업용 증기 터빈, 고속 유체 장치
라발 노즐 도해(텍스트 버전)
Converging Throat Diverging
________ ____ __________
/ \ / \ / \
/ \_______/ \___________/ \
-------------------------------------------------------- Flow
M=1 M>1
#Laval_Nozzle
특징 요약
• 수축–확대형 구조로 초음속 분사가 가능
• 스로트에서 마하 1이 반드시 형성
• 확대부 길이·각도는 목적에 따라 최적화
(예: Falcon 9 Merlin 엔진: 확장비 ~16)
• 높이에 따라 성능이 변하므로 최적 압력비 중요
(진공용 노즐은 크게 확장됨)
Falcon 9 Merlin 엔진의 라발 노즐 구조 도해,
아니면 진공형 vs. 해면압형(nozzle aerospike).
