Сопло Лаваля

Схема работы сопла Лаваля. Давление газа Р, его температура Т и плотность снижаются по мере движения газа к выходу из сопла. При этом непрерывно возрастает скорость потока V. Значение числа Маха, обозначаемое М, показывает, во сколько раз скорость потока больше или меньше скоростизвука в этом потоке

Самой частой формой сверхзвукового сопла является сопло Лаваля. В конце XIX века шведский инженер Густав де Лаваль изобрел сопло для разгона паровой струи, падающей на лопатки паровой турбины. Оно представляло собой канал из сужающейся и расширяющейся частей, соединенных в самом узком месте плавным переходом. Такая форма сопла разгоняла сжатый перегретый пар до сверхзвуковых скоростей. Полученная на выходе из сопла сверхзвуковая струя направлялась на лопатки турбины, сильно повышая ее обороты и эффективность.

Позже (или сотнями лет раньше в китайских ракетах?) сопла Лаваля применили для разгона струи газов ради создания реактивной силы тяги в ракетных двигателях, а позже и в авиационных. В этом случае сопло называется реактивным. Продукты сгорания топлива — горячие сжатые газы — поступают на вход в сопло. В сужающейся части сопла дозвуковой поток газа ускоряется. В самой узкой части сопла, называемой критическим сечением, достигается скорость звука. Дальше, в расширяющейся части сопла, поток становится сверхзвуковым и продолжает разгоняться до самого среза. Давление и температура газа при этом все время снижаются, зато непрерывно растет скорость. Сопло преобразует потенциальную энергию тепла и давления газа в кинетическую энергию потока, работая тепловой машиной по разгону газа. Истечение струи создает обратную реактивную силу, составляющую основу тяги реактивного двигателя. Чем быстрее вылетает газ, тем больше сила тяги.