В диффузорах происходит преобразование кинетической энергии потока в энергию давления. Уравнения одномерного течения показывают, что такой процесс при сверхзвуковых скоростях можно осуществить в трубе переменного сечения, входная часть которой выполнена суживающейся, а выходная — расширяющейся. В первой части скорость уменьшается и достигает критического значения в минимальном сечении. Тогда в расширяющейся части продолжается процесс сжатия дозвукового потока. Отсюда следует, что принципиально в качестве «идеального» диффузора можно использовать сверхзвуковое сопло с профилированными стенками, предполагая течение в нем обращенным (рис.1). Благодаря плавности профилированных стенок, в каждой точке которых поток совершает поворот на малый угол, во входной части диффузора должна возникнуть система слабых волн сжатия (характеристик). Проходя эту систему, поток тормозится изоэнтропически. Система слабых волн сжатия при этом полностью совпадает с системой слабых волн разрежения (характеристик) в расширяющейся части сопла. В горловине поток приобретает критическую скорость М=1. В расширяющейся части диффузора скорости дозвуковые, уменьшающиеся в направлении потока.

В действительности, однако, такой диффузор осуществить не удается, так как течение в нем оказывается неустойчивым: малые возмущения потока на входе приводят к конечным возмущениям на выходе. Это объясняется тем, что при малом уменьшении числа М на входе в горловине не установится критическая скорость, в результате чего перед диффузором возникнет отошедшая волна. Фактически поле потока, поступающего в диффузор из сопла Лаваля, как правило, неравномерно и насыщенно скачками. Кроме того, вследствие возникновения потерь во входной части и образования пограничного слоя характер изменения проходных сечений не будет соответствовать расчетному. В результате во входной части возникает система скачков.

Поэтому при конструировании сверхзвуковых диффузоров изначально предполагают, что торможение газового потока будет происходить в скачке уплотнения. В случае диффузора с внутренним сжатием рассматриваются обычные расширяющиеся дозвуковые диффузоры (рис.2).

Такая схема применяется при небольших сверхзвуковых скоростях на входе (M < 1.5). В этом случае перед расширяющейся частью возникает прямой скачок уплотнения, в котором поток переходит к дозвуковым скоростям. В расширяющейся части продолжается сжатие дозвукового потока. Потери в таком диффузоре могут быть умеренными, так как при M < 1.5 волновые потери в скачках невелики. Однако при больших скоростях волновые потери растут и тогда приходится применять ступенчатое торможение потока, что позволяет сократить волновые потери посредством торможения потока в нескольких скачках уплотнения. Соответствующие схемы для диффузоров с внутренним сжатием показаны на рис.3

Сверхзвуковой диффузор с полным внутренним сжатием используется в аэродинамических трубах. Вследствие частичного изоэнтропического сжатия в диффузоре малого угла удается вдвое уменьшить потери по сравнению с таковыми в прямом скачке (подсчитанными по числу Маха перед диффузором).

Сверхзвуковой диффузор с полным внутренним сжатием может быть осуществлен без центрального тела (рис.1). В таком диффузоре косой скачок отходит от кромки обечайки А и пересекается в точке О на оси диффузора со скачком, идущим от противоположной кромки. Поток газа в скачке АО отклоняется от первоначального направления и становится параллельным стенке АС. В точке О линии тока вынуждены возвратиться к первоначальному направлению, в связи с чем возникает отраженный скачок OD. В точке D поток вновь отклоняется от осевого направления и становится параллельным стенке диффузора; это вызывает новый скачок, который отражается от оси диффузора, образуя следующий скачок и т. д. Так как в скачках уплотнения поток тормозится, то предельный угол поворота в каждом последующем скачке меньше, чем в предыдущем. Описанный процесс продолжается до тех пор, пока требуемый угол отклонения потока не оказывается больше предельного с наступлением этого режима вместо очередного плоского скачка образуется криволинейная ударная волна EF, за которой поток становится дозвуковым. Дальнейшее течение в сужающем канале идет с увеличением скорости, причем в узком сечении скорость должна быть ниже или равна критической; в последнем случае за узким сечением может возникнуть дополнительная сверхзвуковая зона, завершаемая скачком уплотнения.