หัวฉีดทรงระฆัง

หัว ฉีด รูปทรงระฆังหรือหัวฉีดทรงโค้ง เป็นรูปทรงหัวฉีด เครื่องยนต์จรวดที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดมีส่วนขยายที่ทำมุมสูง (20 ถึง 50 องศา) อยู่ด้านหลังคอหัวฉีด ตามด้วยการเปลี่ยนความลาดชันของรูปทรงหัวฉีดอย่างค่อยเป็นค่อยไป จนกระทั่งมุมการกระจายตัวที่ทางออกของหัวฉีดมีขนาดเล็ก โดยปกติแล้วจะน้อยกว่า 10 องศาครึ่ง
หัวฉีดในอุดมคติจะส่งก๊าซทั้งหมดที่เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ตรงออกไปทางหัวฉีด นั่นหมายความว่าโมเมนตัมของก๊าซจะเป็นไปในแนวแกน ทำให้จรวดได้รับแรงขับสูงสุด แต่ในความเป็นจริง โมเมนตัมนั้นมีส่วนประกอบที่ไม่เป็นแนวแกนอยู่บ้าง ในแง่ของเวกเตอร์โมเมนตัมจะมีมุมระหว่างแกนของเครื่องยนต์จรวดกับการไหลของก๊าซ ส่งผลให้แรงขับลดลงในปริมาณที่แตกต่างกัน
รูปทรงระฆังหรือรูปทรงโค้งถูกออกแบบมาเพื่อให้ก๊าซขยายตัวเป็นมุมกว้างทันทีหลังจากคอคอด จากนั้นหัวฉีดจะโค้งกลับเข้ามาเพื่อให้ก๊าซไหลออกมาจากช่องเปิดหัวฉีดเกือบเป็นเส้นตรง รูปทรงที่ใช้ค่อนข้างซับซ้อน ส่วนขยายขนาดใหญ่ใกล้คอคอดทำให้เกิดคลื่นกระแทกจากการขยายตัว การกลับทิศทางความลาดชันเพื่อให้ทางออกใกล้ศูนย์องศาทำให้เกิดคลื่น กระแทก จากการอัด หัวฉีดที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมจะทำให้คลื่นกระแทกทั้งสองชุดนี้ตรงกันและหักล้างกัน ในลักษณะนี้ รูปทรงระฆังจึงเป็นการประนีประนอมระหว่างสองขั้วของหัวฉีดทรงกรวย เนื่องจากช่วยลดน้ำหนักในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพให้สูงสุด[ 1 ]
ประเด็นการออกแบบที่สำคัญที่สุดคือการปรับรูปทรงของหัวฉีดเพื่อหลีกเลี่ยงคลื่นกระแทกเฉียงและเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์แรงขับ ให้สูงสุด (ซึ่งเป็นตัววัดประสิทธิภาพ)
ในตำราคลาสสิกของเขา[ 2 ] George P. Suttonยกย่อง Dr. GVR Raoว่าเป็นผู้คิดค้นคณิตศาสตร์ของการออกแบบหัวฉีดระฆังที่เหมาะสมที่สุดในปี พ.ศ. 2498 ขณะทำงานที่Rocketdyne [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]