SCIENCE 3D | 로켓 엔진 노즐

무슨 일이 일어났나

로켓 노즐은 좁아졌다가 넓어지는 «수렴–발산(CD) 노즐» 로, 드 라발 노즐이라고도 부릅니다(NASA).

좁아지는 부분에서 빨라진 뜨거운 기체는 가장 좁은 목에서 소리 빠르기(마하 1)에 이릅니다(NASA). 넓어지는 부분에서는 오히려 더 빨라져 초음속이 되고, 그 마하 수는 출구 넓이 ÷ 목 넓이로 정해집니다(NASA).

시뮬레이터에서 비열 비 1.4 기체가 넓이 비 4 인 노즐을 나가면 마하 2.94, 넓이 비 10 이면 마하 3.92 가 됩니다. 넓이 비 4 일 때 기체 온도는 처음의 0.366 배, 압력은 0.0298 배로 떨어집니다 — 열과 압력의 에너지가 빠르기로 바뀐 것입니다.

고더드는 1915 년 클라크 대학에서 로켓 효율 실험을 시작했고, 드 라발 노즐로 초속 7000~8000 ft(2134~2438 m)의 분사 빠르기와 63 % 까지의 효율을 얻었습니다(NASA).

📸 진짜 모습

국제 우주 정거장에서 가까이 찍은 우주 왕복선 디스커버리호 주 엔진의 노즐 세 개입니다.
출처: NASA/MSFC · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗

💡 생활 속 예시

마당 호스 끝을 손가락으로 눌러 좁히면 물줄기가 빨라지는데, 이것이 좁아지는 관의 일입니다 — 초음속이 된 기체는 거꾸로 넓어지는 관에서 더 빨라집니다.
부풀린 풍선의 입구를 잡았다 놓으면 바람을 뿜으며 반대쪽으로 날아가는데, 로켓도 노즐로 기체를 뿜은 반작용으로 나아갑니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

연소실 — 연료와 산화제를 태워 뜨겁고 압력이 높은 기체를 만듭니다.
수렴부 (좁아지는 곳) — 기체를 모아 빨라지게 합니다.
목 (가장 좁은 곳) — 흐름이 소리 빠르기(마하 1)에 이르는 곳입니다.
발산부 (넓어지는 곳) — 초음속 흐름을 더 빠르게 내보냅니다 — 출구가 넓을수록 마하 수가 큽니다.

연소실에서 뜨거운 기체가 생깁니다.
좁아지는 관에서 기체가 빨라집니다.
가장 좁은 목에서 소리 빠르기(마하 1)에 이릅니다.
넓어지는 관에서 초음속으로 더 빨라져 뒤로 뿜어지고, 그 반작용으로 로켓이 앞으로 나아갑니다.

확인된 값

로켓 노즐 꼴 — 좁아졌다가 넓어지는 노즐(수렴-발산, CD 노즐 = 드 라발 노즐): convergent-divergent 출처
가장 좁은 목에서 흐름 빠르기 = 소리 빠르기 (마하 1): 1 마하 출처
넓어지는 부분에서 초음속이 되며, 그 마하 수는 출구 넓이 ÷ 목 넓이로 정해진다: area ratio sets exit Mach 출처
고더드가 로켓 효율 실험을 시작한 해 — 미국 클라크 대학: 1915 출처
드 라발 노즐로 얻은 분출 빠르기 — 초속 7000~8000 ft: 2134–2438 m/s 출처
그때 얻은 효율: 63 % 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 역학과 에너지 · 시공간과 운동 [12역학01-05]
일본 · 高等学校物理 (1) 様々な運動

출처

https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/nozzle-design/(확인 2026-11-12)
https://pwg.gsfc.nasa.gov/stargaze/Sgoddard.htm(확인 2026-11-12)

이어서 보기

다단 로켓의 원리 (치올콥스키 로켓 방정식)