چرا موتورهای موشک گلویی دارند؟

به نظر می رسد همیشه یک محفظه احتراق با گلو و به دنبال آن یک نازل نشان میده.تصویر
چرا گلو وجود داره؟ اگر کل موتور یک محفظه احتراق U شکل با نازل باشه نیروی رانش یکسان نخواهد بود؟
نکته اصلی در گلو افزایش سرعت اگزوز است. اما نه فقط کمی آن را افزایش دهید - یک نازل موشک طوری طراحی شده است که نازل خفه شود. این یک راه دیگر برای گفتن است که جریان آنقدر شتاب می گیرد که به شرایط صوتی در گلو می رسد. این خفگی مهم است. از آنجا که به این معنی است که جریان در گلو صوتی است، هیچ اطلاعاتی نمی تواند از گلو به سمت بالادست به داخل محفظه حرکت کند. بنابراین فشار بیرونی دیگر تاثیری بر خواص محفظه احتراق ندارد.بنابراین شکل یک نازل د لاوال طوری طراحی شده است که ابتدا گاز را (با باریک کردن) به سرعت صوتی در گلو شتاب می دهد و سپس به دلیل اینکه اثر ونتوری معکوس شده است، گاز را بیشتر (با انبساط) به سرعت های مافوق صوت شتاب می دهد.کوچکترین سطح مقطع نازل را گلوی نازل می نامند. جریان اگزوز داغ در گلو خفه می شود، به این معنی که عدد ماخ برابر با 1.0 در گلو است و سرعت جریان جرمی m نقطه توسط ناحیه گلو تعیین می شود.
هنگامی که در گلو صوتی است، و با فرض اینکه نازل به درستی طراحی شده است، چیزهای جالبی رخ می دهد. هنگامی که به جریان مادون صوت نگاه می کنیم، با کاهش مساحت گاز سرعت آن افزایش می یابد و با افزایش ناحیه سرعت گاز کاهش می یابد. این اثر سنتی ونتوری است. با این حال، زمانی که جریان مافوق صوت باشد، برعکس اتفاق می افتد. جریان با افزایش منطقه شتاب می گیرد و با کاهش آن کاهش می یابد.
بنابراین، هنگامی که جریان در گلو صوتی شد، جریان از طریق نازل در حال گسترش به شتاب ادامه می‌دهد. این همه با هم کار می کند تا سرعت اگزوز را به مقادیر بسیار بالا افزایش دهد.
از نقطه نظر نامگذاری، گلوی نازل مکانی است که ناحیه کوچکترین ناحیه را دارد. بنابراین یک "محفظه U شکل با نازل" همچنان یک گلو خواهد داشت -- به این صورت تعریف می شود که هر منطقه کوچکترین باشد. اگر نازل یک لوله مستقیم است، دیگر گلویی برای صحبت وجود ندارد.
برای به دست آوردن کار مفید (گازهای خروجی تسریع شده)، به نوعی چرخه ترمودینامیکی با احتراق و به دنبال آن انبساط نیاز دارید. به دلیل حفظ انرژی، مقدار انرژی جنبشی به دست آمده توسط گاز با مقدار آنتالپی (انرژی گرما + فشار) که با انبساط و سرد شدن گاز خروجی ناپدید می شود، متناسب خواهد بود.
این بدان معناست که شما می خواهید دمای محفظه احتراق را به حداکثر برسانید و دمای اگزوز را به حداقل برسانید تا راندمان کارنو را به حداکثر برسانید. با اطمینان از اینکه احتراق قبل از انبساط اتفاق می افتد، با یک محفظه احتراق و نازل انبساط جداگانه، این امر را تضمین می کنید.