LavalDüsen

Die Laval-Düse, benannt nach dem schwedischen Ingenieur Gustaf de Laval, ist eine konvergent-divergente Düse, die Gasströme auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Typisch wird sie eingesetzt, wenn der Druckunterschied zwischen dem Gasreservoir und der Umgebung groß ist. Durch die Formgebung wird die kinetische Energie des Gases erhöht, wodurch sich der Auslassdruck reduziert und die Geschwindigkeit steigt.

Funktionsprinzip: In der konvergierenden Sektion wird der Querschnitt verringert, wodurch Geschwindigkeit zunimmt und Druck sinkt. Reicht das Druckverhältnis P0/P über einen kritischen Wert, wird der Fluss am Drosselquerschnitt choked und Mach 1 erreicht. Im divergenten Teil nimmt die Geschwindigkeit weiter zu, der Druck fällt weiter ab, und der Auslass erzeugt eine Überschallströmung. Die Massendurchsatzrate wird durch die Drosselöffnung begrenzt.

Anwendungen: Laval-Düsen finden vor allem in Raketentriebwerken Anwendung, wo hohe Auslassgeschwindigkeiten gewünscht sind, sowie in bestimmten Luftfahrzeug-Strahltriebwerken mit variabler bzw. nachgeführter Düse. Sie kommen auch in Überschall-Windkanälen und in der Gasdynamikforschung zum Einsatz. Bei der Auslegung spielt das Verhältnis von Umgebungsdruck zu Austrittsdruck eine zentrale Rolle, um effizient Überschallströmungen zu erreichen.

Geschichte: Die Düse wurde im späten 19. Jahrhundert von Gustaf de Laval entwickelt und zunächst für Dampfstrahlanwendungen genutzt; später fand das konvergent-divergente Prinzip breite Anwendung in der Raketentechnik und der Strömungsforschung.