プラグノズル

プラグノズルは、作動流体が周囲を流れる中心体またはプラグを含むノズルの一種です。プラグ ノズルは、航空機、ロケット、その他多数の流体流動装置に使用されています。

一般的なガーデンホースのトリガー ノズルは、プラグ ノズルとその操作方法の簡単な例です。この例では、ノズルは円錐形またはベル形の開口部と、ノズルの前に配置された可動ロッドのプラグで構成されています。プラグはポペット バルブに似ています。バルブのステムは、ノズル本体のボディを通って「トリガー」まで伸びています。トリガーは通常、ノズル アセンブリの背面に沿って伸びる長いレバーです。通常の使用では、スプリングによってバルブが開口部に押し付けられた状態が維持されるため、ノズルが落下したときに水の流れが停止するフェイルセーフ カットオフが実現します。

ホースに水が供給されると、水はノズル本体を通って開口部に流れ、通常はそこからまっすぐ前方に流れます。開口部を出た直後に水はプラグに当たり、プラグは水を斜めに横にそらします。少し進んだ後、水はノズル開口部の外側に当たり、再び前方にそらします。この 2 段階のプロセスにより、水はリング状のパターンで噴射され、1 か所に当たる水が少なくなるため、浸食が軽減されるとともに、より広い範囲に散水しやすくなります。

プラグとノズル開口部の形状により、リングの角度を調整できます。通常、プラグを開口部に向かって引き戻すと、水の流れが部分的に遮断され、同時に可能な限り広い角度まで広がるように形作られています。これは、植物に「霧吹き」をするのに使用できます。トリガーをさらに押し下げると、プラグが開口部から離れるため、流れの詰まりや乱れが少なくなり、最終的に水が再び流れに戻ります。

プラグノズルは、エアロスパイクと同様に高度補正ノズルの一種であり、従来の設計とは異なり、広範囲の高度で効率を維持します。^[1]

庭のホースの例と同様に、プラグ ノズルは、ポペット型のプラグが付いた成形ロケット ノズルを使用して、ロケットの排気パターンを変更できるようにします。これは高度の変化に合わせて調整するために使用されます。低高度ではプラグが引き戻されて排気が拡散しますが、高高度では気圧が低いため自然に拡散します。同じ基本概念の別の構成は、2 つのノズル (一方が他方の内側にある) を使用して、それらの間の距離を調整することです。このパターンの利点は、排気をより適切に制御でき、冷却構成が簡単になることです。

紛らわしいことに、「プラグ ノズル」という用語は、まったく異なる種類のエンジン ノズルであるエアロスパイクを指すために使用されることもあります。理論上、エアロスパイクは、幅広のベースと長く先細りの先端部を持つ、おおよそ槍のような外観になります。ただし、「スパイク」部分は、パフォーマンスにほとんど影響せずにベース部分だけを残して切り取ることができます。これは一般的なドレン プラグまたは栓に非常によく似ているため、この設計にも「プラグ ノズル」という用語が広く使用されています。

ジェットエンジンのプラグノズルはロケット工学に起源を持つが^[2]、長年研究されてきたが、ボーイングSST ^[3] 、音響プラグノズルを備えた提案されたゼネラルエレクトリック可変サイクルエンジン^[4]、コンコルドなどの超音速巡航航空機にも使用されなかった。しかし、AGM-28ハウンドドッグミサイルとTu-144旅客機には使用された。プラグ/「外部拡張」ノズルは、デラバルコンバージェントダイバージェントノズル（con-di）ノズルのように内部の超音速膨張を封じ込める発散円錐面ではなく、中央プラグと自由に拡張する超音速ジェットを備えている。超音速AGM-28ハウンドドッグミサイルに使用されたプラットアンドホイットニーJ52航空機エンジンは、コンバージェントノズルやコンダイノズルよりもミサイルの飛行範囲で優れた性能を発揮するプラグノズルを使用していた。^[5]ツポレフTu-144D超音速旅客機に使用されたアフターバーナーなしのKolesov RD-36-51 Aエンジンでは、移動式センターボディが使用されました。センターボディには穴が開けられており、圧縮空気が穴を通して排気ジェットに送り込まれ、騒音が低減されました。^[6] 重量と冷却は、航空機のプラグノズルの一般的な懸念事項です。^{[7]国立ガスタービン研究所[8]}で評価されたプラグノズルの設計は、必要な可変機能による重量の増加と、再加熱操作中の適切なプラグ冷却に関する懸念のため、コンコルドエンジンには採用されませんでした。 [9] プラグノズルのモデルテストでは、従来のコンディノズルと比較して騒音レベルが低減していることが示されました。^{[10 ]}

亜音速航空機の推進ノズルは、中心体/弾丸/円錐を使用して、軸流圧縮機の作動ラインをマップ上に正しく設定するために必要なノズル出口面積を確保しています。軸流圧縮機を備えた最初の運用可能なドイツのターボジェットエンジンであるJumo 004とBMW 003は、始動/アイドル、上昇、高速、高高度の各動作モードで適切に動作するために、異なる排気ノズル面積を必要としました。^[11]各設計では、中央に前後に移動できる「弾丸」制限体を持つノズルが選択されました。これは、比較的簡単な操作で面積制御を提供し、タービン排気の環状形状と一致しました。

• ベルノズル
• エアロスパイクエンジン
• 拡張ノズル

• Aerospike エンジン、ジェフ スコット、1999 年秋。この論文では、さまざまな高度補正ノズルの設計について広範囲にレビューしています。