ラバールノズル
- よみがな： らばーるのずる
- 英語名： Laval Nozzle
ラバールノズルの概要
ラバールノズルとは、燃焼ガスを加速して超音速にするための形状を持つノズルであり、ロケットエンジンに広く用いられる。
ラバールノズルの詳細
ラバールノズルは、ロケットエンジンの推力を効率的に得るために設計された特殊なノズルです。
このノズルを用いることによって、燃焼ガスを超音速で噴射することが可能となります。
そもそもノズルとは、ロケットの燃焼ガスを噴射する口の部分のことを指します。
その噴射口の形状として用いられる一般的な形状のものがラバールノズルです。
その原理は19世紀にスウェーデンの物理学者グスタフ・ド・ラバールによって提案され、
今日に至るまで宇宙推進技術の基盤として活用され続けてきました。
ラバールノズルは収縮部と拡張部から構成されています。
燃焼ガスを超音速に加速させるには必ず収縮部と拡張部の両方が必要となります。
これは、流体（気体や液体など）の性質によるものです。
ここでホースの中を流れる水の流れをイメージしてください。
流れる水の量が同じ場合、太いホースの中よりも細いホースの中の方が速く水が流れるのは感覚的に理解できますよね？
実はこれが当てはまるのは水の流れが音速より遅い場合に限られるのです。
音速を超えると、細い管を流れる場合よりも太い管を流れる場合の方が流れは速くなります。
この事実こそがラバールノズルにおいて収縮部と拡張部の両方が必要になる理由です。
収縮部は燃焼ガスを音速まで加速するのに必要となりますが、収縮部だけでは「音速までしか」加速させることができません。
そこで拡張部を加えることにより「音速以上に」加速させることができます。
これによって、燃焼室から出た高温高圧のガスを音速まで加速し、さらに超音速へと導くことが可能となります。
実際のロケットに用いられるラバールノズルの形状は、流体力学的に最適化されています。 ノズルの入り口・チョーク部（収縮部と拡張部の境界）・ノズル出口の面積比や、収縮部と拡張部それぞれの角度が性能に大きく影響します。
実際にロケットを飛行させる上では、ノズルの形状だけでなくノズルの材質や冷却方式も重要な要素です。
高温の燃焼ガスに耐えるため、耐熱性に優れた材料が用いられる他、加熱前のガスを用いてノズルを冷却する「再生冷却」などの技術が導入されます。
また、真空中での使用を想定した拡張ノズルという技術も存在します。
これらについては、用途に応じた設計が求められます。
ラバールノズルは、ロケットを飛行させる上で非常に重要な技術の一つであり、
今後も広く用いられていくことでしょう。
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