노즐의 기능은 고온, 고압의 가스를 효율적으로 팽창시키는 것이다. 노즐 성능을 높이려면 팽창비를 되도록 크게 하는 것이 바람직하지만, 당연히 노즐은 구조물의 강도, 강성, 크기, 구조 질량 등의 제약이 있다. 또, 1단 로켓처럼 지상에서 점화되는 엔진의 노즐은 외부 압력과 노즐 출구 압력의 관계에 따라 제약이 있으므로 팽창비를 함부로 키울 수 없다. 보통 로켓의 노즐 단면적은 원형이며, 유동은 축대칭이지만, 직사각형이라도 상관없다. 지금까지 고안, 개발된 대표적인 노즐 형상은 다음과 같다. 현재 가장 많이 사용하는 것은 ‘콘(cone)’형과 ‘벨(bell)’형이다.(1) 콘형 노즐콘형 노즐은 형상이 단순하고 제조하기 쉽지만, 같은 팽창비를 확보하려면 노즐의 길이가 벨형보다 길어지므로 구조 질량이 증가한다..

우주로켓의 추진 시스템인 액체로켓이나 고체로켓은 3,000℃ 이상의 연소가스를 다루므로, 고도의 기술이 필요하다. 추진 시스템에서 노즐은 특별한 역할을 담당한다. 로켓 노즐은 수축관과 팽창관을 이어서 연소실 출구에 설치한 부품이지만, 추력 발생에 큰 효과를 발휘한다. 연소가스가 노즐 안을 통과하면서 팽창, 가속하여 초음속 유동이 되고, 노즐 출구에서 배출된다. 로켓 추력은 노즐 출구에서 배출되는 가스 속도의 제곱에 비례하므로, 배출가스의 유동을 최대한 고속으로 하는 것이 바람직하다. RD-107 로켓 엔진의 세로 단면 그림과 같이 연소실에 원형의 구멍을 만들고, 수축관으로 연소가스를 배출하는 음속 노즐보다 초음속 노즐로 배출할 때 추진 성능(추력($F$), 비추력($I_{sp}$))이 더 향상된다. 화학..

로켓(rocket)은 로켓에 포함된 연료를 연소시켜 만들어진 가스를 노즐(nozzle)로 후방에 분사하면서 생긴 반작용으로 추진력을 얻어서 전방으로 날아가는 비행체를 말한다. 또는 추진 시스템인 로켓의 액체 엔진(engine)이나 고체 모터(motor)를 직접 가리키기도 한다. 로켓은 추진력을 만드는 에너지 물질을 스스로 가지고 있어서 산소가 희박한 대기권과 산소가 없는 진공 상태의 우주 공간을 비행할 수 있다. 로켓의 정확한 기원은 알 수 없지만, 로켓의 역사는 화약(火藥)의 발명과 함께 시작하였다. 10세기쯤 중국에서 초석(질산칼륨)을 주성분으로 흑색화약(black powder)을 발명하였다. 이후 13세기쯤 중국이 화약을 이용한 화전(火箭)이라는 무기를 사용했다고 알려졌다. 이 화약 기술이 송(宋)..