本文为一篇综述性学术论文，属于类型b。标题为《rocket nozzles: 75 years of research and development》，作者为Shivang Khare（Norwegian University of Science and Technology, 挪威科技与工业大学能源与过程工程系）和Ujjwal K Saha（Indian Institute of Technology Guwahati, 印度理工学院瓜哈提机械工程系），发表于期刊《Sādhanā》，发表时间为2021年第46卷第76页。
文中所述领域为火箭喷管的空气动力学研究。火箭喷管作为火箭发动机结构的一部分，其空气动力学设计对火箭整体性能有着决定性的影响。论文回顾了过去75年火箭喷管在设计与开发方面的重要进展，包括形态设计（如锥形喷管、钟形喷管、塞式喷管、扩展偏转喷管以及双钟形喷管）以及性能优化，指出目前尚无系统总结相关研究的综述性文献，该文章旨在填补该空白。
研究的主要目标是系统梳理火箭喷管设计和发展的历程，总结其设计、发展、应用特点、优势、局限性，以及对未来研究的建议。文章特别关注各类喷管的空气动力学特性、设计方法（尤其是特征线法，method of characteristics, MoC），并提供对当前与未来火箭喷管研究的综合性视角。
火箭喷管的功能是将燃烧室中的高压燃气加速到超音速状态，从而提供推力。最理想的喷管（即“理想喷管”）是在出口压力与环境压力匹配时达到最佳推力。为实现此要求，通常选用喉部至出口逐步扩展的锥形-扩压形状（如De Laval 喷管）。然而，实际使用中由于多种因素，例如重量、复杂性及制造难度，实际喷管长度会有所减少，并以稳定性能为设计权衡点。
论文从流体动力学出发，详细分析了理想喷管的空气动力学参数，包括膨胀比（area expansion ratio）、推力系数（thrust coefficient, cf）、真空推力系数（vacuum thrust coefficient, cfv）等，详述了利用特征线法设计喷管轮廓的数值模型。
文章对多种火箭喷管的几何形态和动力学表现进行了全面总结。
作为历史上最早的喷管类型，锥形喷管以其设计简洁和易制造的特点被广泛使用。最佳锥形角度为15°，其推力系数相比理想喷管仅减少1.7%。但流体分离问题在该类型喷管中较为显著，且角度增加可能导致推力损失。文中对锥形喷管的研究包含数值模拟（如CFD模型）以及实验验证，发现其简单设计适用于要求不高的任务（如固体助推器）。
钟形喷管通过对锥形喷管的修正，减少了流体分离问题，并显著改善了空气动力学性能。其相较锥形喷管长度减少20%-40%，推力系数更接近理想喷管。然而，钟形喷管的制造较为复杂，且不同截面间的过渡需要精确计算（如Rao提出的抛物线近似法）。论文引用了多个实验和数值分析，阐述了不同截面轮廓与推力性能的影响。
因自身极小的尺寸和优异的高效性能，被视为高度补偿喷管的典型代表。其可自动适应不同高度的环境压力以保证最佳性能，但多用于理论分析和少量实验验证，其冷却需求成为主要瓶颈。文章详细分析了全尺寸和截断塞式喷管在推力与流动分离方面的表现。
E-D喷管通过内置中心体和喷壁设计改善了冷却与流动分离问题，成为大膨胀比任务的选择之一。文中实验表明，在极端超膨胀情况下，E-D喷管的推力系数显著高于传统喷管。
作为海平面与高空条件的平衡方案，双钟形喷管在结构上由两部分不同轮廓组成，能够在不同高度条件下自动调节流动分离点，避免危险侧向载荷。实验结果显示，与传统喷管相较，其高空推力性能提升超过12%，且设计简单、重量更低。
通过多学科优化（MDO）设计的MNG喷管，采用轻薄喷管板代替单一长喷管，理论上可将喷管质量与长度大幅缩减，提升火箭总性能。但实验表明，其产生的高黏性损失以及材料侵蚀问题需进一步解决。
综述的最终目标是为未来的喷管设计提供指导建议，并对当前设计在科学研究和实际应用中可能的优化路径提出探讨：
文末，作者指出火箭喷管的比冲提升、材料优化和环境适应能力是未来研究的重要方向。论文通过系统总结75年的研究进展，为后续喷管优化设计及航天应用提供了详实而权威的文献基础。