Der springende Punkt beim Hals ist die Erhöhung der Abgasgeschwindigkeit. Aber nicht nur ein wenig erhöhen - eine Raketendüse ist so konstruiert, dass die Düse erstickt . Dies ist eine andere Art zu sagen, dass der Fluss so stark beschleunigt wird, dass er Schallbedingungen am Hals erreicht. Dieses Ersticken ist wichtig. Da dies bedeutet, dass der Fluss am Hals akustisch ist, können keine Informationen stromaufwärts vom Hals in die Kammer gelangen. Der Außendruck wirkt sich also nicht mehr auf die Brennkammereigenschaften aus.

Sobald es am Hals Schall gibt und die Düse richtig konstruiert ist, passieren einige interessante Dinge. Wenn wir die Unterschallströmung betrachten, beschleunigt sich das Gas mit abnehmender Fläche und verlangsamt sich mit zunehmender Fläche. Dies ist der traditionelle Venturi-Effekt. Wenn der Fluss jedoch Überschall ist, geschieht das Gegenteil. Die Strömung beschleunigt sich mit zunehmender Fläche und verlangsamt sich mit abnehmender Fläche.

Sobald die Strömung am Hals akustisch ist, beschleunigt sich die Strömung durch die expandierende Düse weiter. Dies alles wirkt zusammen, um die Abgasgeschwindigkeit auf sehr hohe Werte zu erhöhen.

Unter dem Gesichtspunkt der Nomenklatur ist der Hals einer Düse der Ort, an dem die Fläche am kleinsten ist. Eine "U-förmige Kammer mit einer Düse" hat also immer noch einen Hals - definiert als dort, wo der Bereich am kleinsten ist. Wenn die Düse ein gerades Rohr ist, gibt es keinen nennenswerten Hals.

Frühere Antworten haben sich auf den Fluiddynamikwinkel konzentriert. Sie können es jedoch auch aus einem rein thermodynamischen Blickwinkel betrachten und den Raketentriebwerk als Wärmekraftmaschine betrachten.

Um nützliche Arbeit zu erhalten (beschleunigte Abgase), benötigen Sie einen thermodynamischen Zyklus mit Verbrennung und anschließender Expansion. Aufgrund der Energieeinsparung ist die Menge der vom Gas aufgenommenen kinetischen Energie dann proportional zur Menge der Enthalpie (Wärme + Druckenergie), die verschwindet, wenn sich das Abgas ausdehnt und abkühlt.

Dies bedeutet, dass Sie die Temperatur in der Brennkammer maximieren und die Temperatur des Abgases minimieren möchten, um Ihre Carnot-Effizienz zu maximieren. Sie stellen dies sicher, indem Sie sicherstellen, dass die Verbrennung vor der Expansion erfolgt, mit einer separaten Brennkammer und einer Expansionsdüse.

Außerdem soll sich das Gas so weit wie möglich ausdehnen, um die Abgastemperatur zu minimieren - und das Expansionsverhältnis ist proportional zur Fläche des Düsenausgangs geteilt durch die Fläche des Düsenhalses. Dies bedeutet, dass wir allein aus thermodynamischen Erwägungen erkennen können, dass es vorzuziehen ist, einen sehr engen Hals und einen sehr großen Austrittsbereich zu haben.

Die Fluiddynamik bestimmt die genauen Details der Düsenformen (De-Laval-Düsen usw.), die den thermodynamischen Wirkungsgrad so nahe wie möglich an den Carnot-Wirkungsgrad bringen, und ob sich das Abgas tatsächlich ausdehnt oder stattdessen von den Düsenwänden trennt. Die Notwendigkeit einer separaten Brennkammer und Düse ist jedoch viel einfacher und kann ohne Kenntnis der Unterschall- / Überschallströmung verstanden werden

Zusätzlich zur Antwort von @ tpg2114 empfehle ich, auch über de Laval-Düse und Raketentriebwerksdüse auf Wikipedia zu lesen.

  Einige typische Werte der Abgasgeschwindigkeit für Raketentriebwerke, die verschiedene Treibmittel verbrennen, sind: 1,7 bis 2,9 km / s (3800 bis 6500 mi / h) für flüssige Monotreibstoffe 2,9 bis 4,5 km / s (6500 bis 10100 Meilen / h) für flüssige Biotreibstoffe2 0,1 bis 3,2 km / s (4700 bis 7200 mi / h) für feste Treibmittel  

, so dass es definitiv Sinn macht, eine Düse zu haben)