拉瓦爾噴管是推力室的重要組成部分。噴管的前半部是由大變小向中間收縮至一個(gè)窄喉。窄喉之后又由小變大向外擴(kuò)張至箭底。箭體中的氣體受高壓流入噴嘴的前半部，穿過窄喉后由后半部逸出。這一架構(gòu)可使氣流的速度因噴截面積的變化而變化，使氣流從亞音速到音速，直至加速至超音速。所以，人們把這種喇叭形噴管叫跨音速噴管。由于它是瑞典人拉瓦爾發(fā)明的，因此也稱為"拉瓦爾噴管"。

拉瓦爾噴管為實(shí)現(xiàn)亞聲速流向超聲速流的連續(xù)變化，除幾何條件外，必須對噴管出口截面下游的環(huán)境壓強(qiáng)（外界反壓）做出限制，即拉瓦爾噴管的力學(xué)條件。

為了分析外界反壓對拉瓦爾噴管流動(dòng)的影響，假設(shè)出口截面外的環(huán)境壓強(qiáng)?保持不變而噴管進(jìn)口截面的滯止壓強(qiáng)可變。當(dāng)總壓變化時(shí)，噴管出口截面上的氣體壓強(qiáng)隨之變化。根據(jù)和?的相對大小，氣體在噴管中的流動(dòng)狀態(tài)分為以下三種情況。

（1）最佳膨脹狀態(tài)氣體在噴管中得到了完全膨脹，這就是噴管的最佳膨脹狀態(tài)，又稱為設(shè)計(jì)狀態(tài)，如圖2所示。這種流動(dòng)的主要特點(diǎn)是：

①噴管喉部達(dá)到了臨界狀態(tài)，出口流動(dòng)為超聲速，即Me>1；

②流體流出噴管后，既不膨脹，也不壓縮，而是一平行射流；

③由于管內(nèi)流動(dòng)為超聲速，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生微小擾動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)的傳播速度（即聲速）小于流動(dòng)速度，擾動(dòng)不能傳進(jìn)噴管內(nèi)部，即噴管中的流動(dòng)覺察不到外界反壓的變化。（2）欠膨脹狀態(tài)

如果在最佳膨脹狀態(tài)下提高噴管進(jìn)口總壓，則出口?同時(shí)增大，有?。氣體沒有得到完全膨脹，其能量未充分發(fā)揮，即氣體熱能沒有最大限度地轉(zhuǎn)變成定向流動(dòng)動(dòng)能。這種流動(dòng)稱為欠膨脹狀態(tài)或膨脹不足狀態(tài)，如圖3所示。欠膨脹狀態(tài)流動(dòng)主要特點(diǎn)是：

①噴管喉部達(dá)到了臨界狀態(tài)，出口仍為超聲速M(fèi)>1；

②氣體在噴管外繼續(xù)膨脹，直到壓強(qiáng)等于?時(shí)為止，因此噴管出口處有一系列膨脹波；

③噴管外的壓強(qiáng)擾動(dòng)也不能逆向傳入噴管。

（3）過膨脹狀態(tài)如果在最佳膨脹狀態(tài)下減小噴管進(jìn)口總壓，則噴管出口的氣體壓強(qiáng)也將減小，即?。氣體在噴管中作了過分的膨脹。這種流動(dòng)稱過膨脹狀態(tài)。根據(jù)小于ap的程度大小，氣體在噴管中的流動(dòng)狀態(tài)又可分為下述四種情況。

噴管出口的氣體流動(dòng)為超聲速。在噴管外氣體由于受到反壓的突然壓縮而產(chǎn)生不連續(xù)的壓強(qiáng)增加，形成激波。因?yàn)樯孕∮?，激波是附著在擴(kuò)張段出口截面上的激波，如圖4所示。氣體經(jīng)過斜激波后，壓強(qiáng)升高到ap。小于一定值

隨著壓強(qiáng)差的增大，噴管外的斜激波逐漸向噴管口收攏，并最終在小于一定值時(shí)演變成覆蓋在噴管出口截面上的正激波，如圖5所示。氣體壓強(qiáng)經(jīng)過正激波壓縮后升高到，這時(shí)的外界反壓稱為第二臨界反壓。進(jìn)一步小于當(dāng)比小很多時(shí)，正激波從噴管出口截面向噴管內(nèi)部移動(dòng)，噴管擴(kuò)張段內(nèi)的流動(dòng)以正激波為分界線。激波后的流動(dòng)就是擴(kuò)張管道中的亞聲速流動(dòng)，流動(dòng)的馬赫數(shù)將逐漸減小，壓強(qiáng)逐漸升高，并在噴管出口截面升高到。，則正激波最終移動(dòng)到喉部。此時(shí)正激波消失，流動(dòng)不再壅塞，全部噴管內(nèi)的流動(dòng)均為亞聲速流，氣體的壓強(qiáng)、流速和質(zhì)量流率都為外界反壓所控制。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為亞臨界流動(dòng)狀態(tài)，噴管喉部達(dá)不到臨界狀態(tài)。

綜上所述，若要在拉瓦爾噴管出口截面獲得超聲速氣流，噴管出口截面的氣體壓強(qiáng)必須達(dá)到或超過反壓值，這一條件稱為力學(xué)條件。

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