Schubdüse

Eine Schubdüse ist ein Strömungsbauteil, das den Druck eines Arbeitsmediums, typischerweise der Verbrennungsgase, in gerichtete kinetische Energie umwandelt und dadurch Schub erzeugt. Sie befindet sich am Ende der Brennkammer oder Expansionsstufe von Kraft- oder Luftantrieben und dient der Beschleunigung und Richtungssteuerung des Auslasses.

Funktionsprinzip: Das Gas strömt durch eine Düse, deren Geometrie die Strömung beschleunigt. In Raketen- und Jet-Antrieben kommt oft eine konvergierend-divergierende Düsenform (De-Laval-Düse) zum Einsatz: Die Strömung wird im Düseneingangsbereich verengt, erreicht am Drosselbereich Schallgeschwindigkeit, und im Divergenten Teil wird sie weiter beschleunigt. Das Erweiterungsverhältnis (Querschnittsverhältnis) bestimmt, wie stark der Austrittsdruck im Verhältnis zum Umgebungsdruck reduziert wird. Unterexpansion oder Überexpansion können die Effizienz mindern, insbesondere wenn der Außendruck nicht optimal zur Düsenabstimmung passt.

Design und Typen: Es gibt einfache konvergierende Düsen für subsonische Strömung, sowie konvergierend-divergierende Düsen für Überschallausstoß. In Raumfahrtantrieben kommen oft mehrstufige, verstellbare oder gimbal-fähige Düsen zum Einsatz, um Schubrichtung und -vektor zu steuern. Materielle Anforderungen und Kühlung sind wegen der hohen Temperaturen der Abgase entscheidend.

Leistung und Anwendungen: Die wichtigsten Kenngrößen sind Schub und spezifischer Impuls (Isp). Düsen finden Anwendung in Raketenmotoren, Turbojet- und Turbofantriebwerken sowie in Labor- oder Testanlagen wie Strömungskanälen. Die Düsenabstimmung beeinflusst Wirkungsgrad, Geräuschentwicklung und Schubverhalten. Die Gestaltung berücksichtigt Umgebungsdruck, Eingangstemperatur und gewünschte Schubrichtung.