La boquilla en forma de campana o de contorno es probablemente la boquilla con forma más utilizada para motores de cohetes . Tiene una sección de expansión de ángulo alto (de 20 a 50 grados) justo detrás de la garganta de la boquilla; a esto le sigue una inversión gradual de la pendiente del contorno de la boquilla de modo que en la salida de la boquilla el ángulo de divergencia sea pequeño, normalmente inferior a un medio ángulo de 10 grados.
Una boquilla ideal dirigiría todos los gases generados en la cámara de combustión directamente hacia la boquilla. Eso significaría que el impulso de los gases sería axial, impartiendo el máximo empuje al cohete. De hecho, el impulso tiene algunos componentes no axiales. En términos de vector de impulso , existe un ángulo entre el eje del motor del cohete y el flujo de gas. Como resultado, el empuje se reduce en cantidades variables.
La forma de campana o contorno está diseñada para impartir un gran ángulo de expansión a los gases justo después de la garganta. Luego, la boquilla se curva nuevamente hacia adentro para proporcionar un flujo de gas casi recto que sale por la abertura de la boquilla. El contorno utilizado es bastante complejo. La gran sección de expansión cerca de la garganta provoca ondas de choque de expansión. La inversión de la pendiente para acercar la salida a cero grados provoca ondas de choque de compresión . Una boquilla diseñada correctamente hará que estos dos conjuntos de ondas de choque coincidan y se cancelen entre sí. De esta forma, la campana es un compromiso entre los dos extremos de la boquilla cónica ya que minimiza el peso maximizando el rendimiento. [1]
La cuestión de diseño más importante es contornear la boquilla para evitar golpes oblicuos y maximizar el rendimiento.
En su libro de texto clásico, [2] George P. Sutton le da crédito al Dr. GVR Rao por haber elaborado las matemáticas del diseño óptimo de boquilla de campana en 1955, mientras trabajaba en Rocketdyne . [3] [4] [5] [6]