로켓 엔진의 노즐 모양이 중요한 이유는 무엇인가요?
로켓에 모든 부분이 정말 중요하겠지만 노즐 모양이 상당히 중요하다고 합니다. 노즐이 종 모양이던데, 배기가스를 가속하는 데 있어서 어떤 유체역학적 원리가 작용하나요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
노즐은 크게 축소부와 확배두로 나뉩니다. 엔진에서 발생한 고온고압의 배기가스는 먼저 축소부에서 가속되어 가장 좁은 목 부분에서 음속(마하1)에 도달합니다. 이후 넓어지는 확대부에서는 배기가스가 초음속으로 계속 팽창하면서 더 빠르게 가속됩니다.
이과정에서 가스의 열에너지가 운동에너지로 효율적으로 전환되어 강력한 추력을 만들어냅니다. 마치 물줄기를 좁은 구멍에서 넓은 곳으로 내뿜을때 더 강하게 분출되는것과 비슷한 원리인데, 로켓은 압축성 유체의 특성을 이용해서 이를 훨씬 더 정교하게 구현하는것입니다.
안녕하세요. 고한석 전문가입니다.
로켓 노즐은 연소실의 고온·고압 가스를 초음속으로 가속시켜 추력을 만들기 때문에 매우 중요합니다.
종 모양 노즐은 드라발 노즐(수축–확대 노즐) 구조로, 목(throat)에서 음속을 만들고 이후 초음속 팽창을 유도합니다.
이 과정에서 압력 에너지가 운동 에너지로 전환되어 배기가스 속도가 극대화됩니다.
종 모양은 가스를 축 방향으로 정렬해 난류와 에너지 손실을 최소화합니다.
또한 고도에 따른 외부 압력과의 불일치를 줄여 추력 효율을 높이는 유체역학적 타협 설계입니다.안녕하세요. 조일현 전문가입니다.
노즐이 종 모양 형태를 가지게 된 것은 외부의 압력과 열이나 냉각이 필요하기 때문에 안정적인 형태를 유지 하기 위해서 라고 볼 수 있습니다. 또한 노즐 내부 종 모양 형태는 앞이 좁고 뒤로 갈수록 넓어지니 내부의 흐름은 압력이 떨어지고 온도가 내려감으로서 속도가 증가하는 원리를 가지게 된다고 볼 수 있겠습니다.