拉瓦尔喷管
拉瓦尔喷管也叫“渐缩渐阔喷管”,很明显发明者是拉瓦尔,出生在瑞典的法国移民。

大家都有个常识,喷管尾部口径要小,这样气体会在尾部被压缩,出气口气流速度才会很快,形成喷射效果:
常见喷嘴

然而我们看到的火箭喷管却正好恰恰相反,尾部像个扬声器的喇叭一样向外张开,这样反而“收”不住气流,岂不损失大量动力?
火箭发动机喷管
小时候玩过火药的都知道,想要尾部喷射气流形成动力必须保证“躯壳”足够结实,否则火药的张力直接撕破躯壳,不能使爆发力集中在尾部喷射,简单地说,躯壳要足够结实,要hold住火力,避免“炸膛”。

火箭尾部喷射出燃烧的热气流速度极快,那是火箭的唯一动力来源,并能使其加速度到冲出大气层,想必火箭的“躯壳”也要非常坚硬,才能hold住内部燃烧的压力。但火箭躯壳却很轻薄,并不厚重。为什么呢?

直到我无意间了解到拉瓦尔喷管,才恍然大悟,跪倒在科学面前,五体投地。

先看一组维基百科上一般人看不懂的推导公式(我也看不懂):
推导公式

总之该公式表示:

  • 1.在亚音速状态下,截面小处流速大,截面大处流速小。
  • 2.超音速状态下,与之相反,截面越大,流速越快。

拉瓦尔喷管先窄后宽,在窄的部位使气流加速,当气流到达最窄处时,气流被加速到音速,这个过程还是符合常见的“喷嘴”原理的,毕竟越窄速度越快。但当气流速度超过音速时,却不是这样了,速度会随着压力的减小加大,在扩展处会被加速到超音速,而火箭的推力主要就是靠后半部分的超音速的加速中获得澎湃动力。

所以,喷管加粗部分正是动力之源。但前提是要在前面最窄出加速到音速,才会在后半部分达到助推效果,妙!

最后献上一张火箭发动机gif图过过瘾。
火箭发动机原理