拉瓦尔管原理

拉瓦尔喷管是推力室的重要部件。喷嘴的前半部分由大到小收缩成狭窄的喉部。喉部变窄后，由小变大，向外扩张至箭头底部。箭体内的气体在高压下流入喷管的前半部分，通过狭窄的喉部后从后半部分逸出。这种结构可以使气流的速度随着射流截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速到超音速。因此，人们把这种喇叭形喷管称为跨音速喷管。因为是瑞典人拉瓦尔发明的，所以也叫“拉瓦尔喷嘴”。

拉瓦尔喷管结构示意图和流体增速示意图

分析拉瓦尔喷嘴的原理。火箭发动机中的燃气流在燃烧室的压力下通过喷管向后运动，进入喷管的A1。在这个阶段，气体运动遵循“流体在管内运动时，小截面流速大，大截面流速小”的原理，所以气体流动是在加速的。当它到达狭窄的喉部时，流速已经超过了音速。而跨音速流体在运动时，不再遵循“小截面速度大，大截面速度小”的原则，而是相反，截面越大，速度越快。在A2中，气流速度进一步加快，为2-3km/s，相当于音速的7-8倍，从而产生巨大的推力。拉瓦尔喷管实际上起到了“速度助推器”的作用。其实不光是火箭发动机，导弹的喷管也是喇叭形的，所以拉瓦尔喷管在武器上应用广泛。