라발 노즐 (De Laval Nozzle)
Gustaf de Laval 이 설계한 초음속 노즐
라발 노즐은 수축–확대(converging–diverging)
형태를 가진 노즐로,
기체를 음속 초음속으로 가속시키는 장치입니다.
#DeLavalNozzle
1️⃣ 구조
수축부 목(throat) 확대부
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• 수축부: 유속 증가, 압력 감소
• 목(throat): Mach = 1 (초크 조건)
• 확대부: Mach > 1 (초음속 가속)
2️⃣ 작동 원리 (핵심 물리)
압축성 유체에서:
아음속(M<1) 단면적 감소 시 속도 증가
초음속(M>1) 단면적 증가 시 속도 증가
이것이 일반 유체(비압축성)와 다른 점
3️⃣ 왜 필요한가?
로켓 엔진
연소실 고압 가스
노즐을 통해 초음속 배출
뉴턴 제3법칙 추진력 발생
추력 공식:
F = \dot{m}v_e + (P_e - P_a)A_e
• \dot{m}: 질량유량
• v_e: 배기 속도
• P_e: 노즐 출구 압력
• P_a: 외부 대기압
4️⃣ 딥스페이스와 연결
고고도/우주에서는 외부 압력 P_a 0
노즐 확대비(expansion ratio)가 클수록 효율 증가
그래서 진공용 로켓은 노즐이 매우 큼
5️⃣ 무차원수와 연결 (마하와 연계)
라발 노즐은 마하 수(Mach number)와
직접 연결됩니다.
• 목에서 Mach = 1
• 확대부에서 Mach > 1
• 충격파 발생 가능 (비정상 팽창 시)
오준일님 스타일 확장 방향:
1️⃣ 라발 노즐의 수학적 유도 (면적–마하 관계식)
2️⃣ 로켓 노즐 최적 설계 (진공 vs 해면)
3️⃣ 초음속 충격파와 안정성 문제
4️⃣ 메가 사이언스(우주 발사체 인프라)와 연결
#Gustaf_de_Laval