В условиях эксплуатации параметры, а также расход газа через сопло могут изменяться. Существенно при этом, что меняется отношении давлении ε_а = p_a/p_o, где р_a - давление окружающей среды.

Рассмотрим работу сопла при переменных режимах в первом приближении, пренебрегая трением и теплопроводностью. На рис.1 показано распределение давлений в сопле Лаваля при различных давлениях внешней среды р_а. Кривая АОВ соответствует расчетному режиму течения в сопле, при котором ε_а = ε₁ = p₁/p_o.

Предположим, что при постоянном значении р_o давление внешней среды меняется в пределах р₁ ≤ р_а ≤ р_о, и проследим изменение структуры потока как внутри сопла, так и за ним. При этом можно выделить четыре характерные группы режимов; в пределах каждой группы режимов картина течения качественно сохраняется неизменной.

Первая группа режимов характеризуется пониженными давлениями среды p_a < p₁. В этом случае в выходном сечении сопла устанавливается расчетное давление p₁, так как параметры газа в резервуаре, а следовательно, и расход газа через сопло не меняются. Это очевидно также и потому, что в сверхзвуковой струе возмущение против течения не распространяется и, следовательно, падение давления среды не скажется в выходном сечении сопла. Во всех промежуточных сечениях сопла поэтому давления также остаются расчетными. Параметры течения изменяются только за соплом, в свободной сверхзвуковой струе.

На рис.2,а представлены схемы спектров струи на выходе из плоского сопла при пониженном противодавлении. В угловых точках А и А₁ давление меняется от значения p₁ до p_a. Линии тока в точках А и А₁ отклоняются на некоторый угол δ в связи с возникновением в этих точках волн разрежения, вызывающих изоэнтропическое расширение газа от p₁ до р_а. Вдоль характеристик AC, А₁С и АВ, А₁В₁ в соответствии со свойствами прямолинейных характеристик давление не меняется. Следовательно, в областях 2 устанавливаются постоянная скорость и давление р_a, равное давлению окружающей среды. Волны разрежения AD₁E₁A и A₁DEA₁ выходят на свободную границу струи, вдоль которой давление остается неизменным и равным р_a. В зоне СВС₁В₁ пересечения этих волн, как уже известно, происходит искривление характеристик.

От свободной границы волна разрежения отражается, как волна сжатия, при прохождении через которую линии тока деформируются, отклоняясь на угол δ к оси струи. В точках L и L₁ волны сжатия выходит на свободную границу.

За пересекающимися волнами разрежения (в области 3) устанавливается давление, меньшее давления окружающей среды (струя перерасширена). В области 4 после пересечения волн сжатия давление повышается до давления р₁ в выходном сечении сопла АА₁. К сечению LL₁ струя суживается и ширина ее равна ширине выходного сечения АА₁. В областях 1, 3 и 4 линии тока прямолинейны и параллельны оси сопла. В областях 2 линии тока также прямолинейны и параллельны, но расположены под углом δ к оси сопла. Для рассматриваемой первой группы режимов при принятых допущениях потерь энергии в струе нет.

Аналогично можно провести анализ остальных режимов. Вторая группа режимов характеризует истечение из сопла Лаваля при повышенном противодавлении среды или при пониженном начальном давлении (ε_а > ε₁).

Сопла широко используются в технике. Наиболее известно их применение в качестве одного из центральных элементов, формирующих вектор тяги, в различных типах  реактивных двигателей, использующихся в самолетах, ракетоносителях и т.п. В реактивном двигателе могут применяться: суживающееся реактивное сопло для создания дозвуковых скоростей истечения, расширяющееся реактивное сопло ( сопло Лаваля ) для получения сверхзвуковых скоростей истечения. Реактивное сопло двигателей сверхзвуковых самолетов выполняют регулируемыми, причем у сопла может регулироваться площадь как критического минимального сечения, так и выходного сечения. Регулирование критического сечения даёт возможность изменять режим работы двигателя. Регулирование выходного сечения сопла обеспечивает оптимальное расширение газа на всех режимах полета и работы двигателя, при этом наиболее рациональным является применение эжекторных сопел. Также реактивное сопло выполняет задачу отвода газа за пределы самолета и защиты его частей от нагрева.

Помимо этого сопла применяются в некоторых типах паровых турбин.

В научных исследованиях сопла применяются для создания молекулярных пучков.

 

В конце 1990-х гг. было разработано уникальное сопло с управляемым вектором тяги для применения в составе турбореактивных двигателей семейств РД-33 и АЛ-31Ф. На данный момент ОВТ является единственным серийно выпускаемым всеракурсным соплом в мире.

Осесимметричная система выхлопного устройства с поворотом сверхзвуковой части реактивного сопла обеспечивает всеракурсное (360^о) отклонение вектора тяги. Наличие сопла ОВТ на двигателе боевого самолета существенно улучшает характеристики маневра при полете на дозвуковых скоростях на закритических углах атаки. Применение сопла ОВТ позволяет не только повысить боевые качества самолета, но и обеспечивает лучшую безопасность при совершении взлетов и посадок, а также в сложных условиях.

Основные технические характеристики сопла:

1. Угол отклонения вектора тяги во всех направлениях:  ±15^о.

2. Скорость отклонения вектора тяги:   60^о/с.