ノズル

ノズルは、気体や液体などの流体の流れを制御するために用いられる管状の機械部品です。流体の流量、流速、方向、圧力といった特性を調整する目的で、幅広い分野で利用されています。

高速度ノズル

高速度ノズルは、流体の内部エネルギーを減少させ、運動エネルギーを増加させるために使用されます。その形状は、流体が進行するにつれて直径が小さくなる「コンバージェント（収束）型」と、直径が大きくなる「ダイバージェント（発散）型」に分類されます。特に、収束部と発散部を組み合わせた「ラバール・ノズル」は、コンバージェント・ダイバージェント・ノズルとも呼ばれます。

コンバージェント・ノズルは流体を加速させる働きを持ち、ノズル内の圧力比が十分に高い場合、流速は最も狭い部分で音速に達します。この状態は「チョーク流れ」と呼ばれ、圧力比をさらに高めても流速は音速以上にはなりません。流体はノズルを出た後に膨張し、音速を超えることがあります。

ダイバージェント・ノズルは、流速が亜音速の場合は流速を低下させますが、流速が音速以上の場合は逆に流速を増加させる働きがあります。

ラバール・ノズルは、コンバージェント・ノズルでチョーク流れを起こした流体を、その後方のダイバージェント・ノズルで超音速に加速します。このCDプロセスは、コンバージェント・ノズルの超音速性能を大幅に向上させます。

超音速航空機は、排気速度が対気速度以上である必要があるため、重量とコストの増加を考慮しても、コンバージェント・ダイバージェント・ノズルを装備するのが一般的です。戦闘機やSST（超音速旅客機）などの航空機が使用する超音速ジェットエンジンは、高いノズル圧力比を持っています。一方、亜音速ジェットエンジンは、そこまで高いノズル圧力比を必要としないため、単純なコンバージェント・ノズルが使用されます。

ロケットエンジンでは、最大推力と噴出速度を得るために、高圧力比のコンバージェント・ダイバージェント・ノズルが使用されます。ただし、大気圏内では大気圧の影響を受けるため、膨張比を大きくすることはできません。

磁気ノズル

磁気ノズルは、プラズマ制御技術として開発されたノズルです。プラズマは全体としては電気的に中性ですが、ミクロ的にはイオンや電子などの荷電粒子の集まりであり、これらが不規則に飛び回っています。磁場をかけると、ローレンツ力によって荷電粒子の流れが整えられ、磁場を変化させることで流れの向きを制御できます。この原理を利用したのが磁気ノズルです。

磁気ノズルは、核融合炉や核融合ロケットの制御技術として研究が進められています。

分離ノズル

分離ノズルは、ガス化された異なる質量を持つ物質を分離するために使用されます。遠心力を利用し、質量差によって対象の物質を分離します。ノズルの精度、運転時の圧力や温度管理には高度な技術が求められます。また、流体に含まれる微粒子によって摩耗すると分離精度が低下するため、定期的な交換が必要です。分離精度を高めるため、カスケード状に複数段並べて使用されることもあります。

関連項目

マズル
スプレー
* ロケット

もう一度検索