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. Сопло Лаваля с обращенным течением не подходит для решения такой задачи вследствие нестабильности и высокой неоднородности выходных параметров. В случае высоких сверхзвуковых скоростей (М > 2) для торможения газового потока используют системы скачков уплотнения. Торможение в системе скачков осуществляется различными способами. Один из способов заключается в том, что стенки входного участка выполняют с изломами (рис.1а). Лучший результат можно получить с помощью профилированной иглы (рис.1б). В диффузорах реактивных двигателей применяется аналогичная система ступенчатого торможения (рис.1в). Последняя система относится к сверхзвуковым диффузорам с внешним сжатием. Как видно на рис.1 в данном случае профилированная игла выступает из диффузора, формируя скачки уплотнения перед диффузором, в отличие от систем с внутренним сжатием (рис.1а,б).

Расчет сверхзвукового диффузора со ступенчатым торможением состоит из нескольких этапов. Вначале устанавливается система скачков на входе и определяются восстановление полного давления и коэффициент волновых потерь в системе скачков. Затем по заданному расходу рассчитывается критическое сечение.

Начальный участок расширяющейся части диффузора целесообразно выполнять коническим. Выходная часть диффузора рассчитывается по выбранному рациональному распределению давлений. По результатам расчета пограничного слоя определяются потери энергии в дозвуковой части диффузора и при выбранной площади выходного сечения скорость на выходе из диффузора.

 

Сверхзвуковые диффузоры с внешним сжатием применяются в основном в реактивных двигателях самолетов. При этом диффузоры различаются по форме, что связано с двумя возможными предельными конструкциями диффузоров (см. Реализации).

Для уменьшения внешнего сопротивления применяют диффузоры с неполным (частичным) внешним сжатием (рис.1). В таком диффузоре обечайка составляет с направлением невозмущенного потока меньший угол, чем последняя грань центрального тела. Поэтому поток встречает внутреннюю поверхность обечайки под некоторым углом и вынужден отклониться с образованием косого скачка АС, идущего от кромки обечайки к той части центрального тела, которая расположена во внутреннем канале диффузора; замыкающий прямой скачок EF помещается около узкого сечения внутреннего канала. Обечайка диффузора с частичным внешним сжатием может иметь малое внешнее сопротивление. Если обечайка направлена параллельно скорости невозмущенного потока, то ее внешнее волновое сопротивление равно нулю.

Существует две основные схемы сверхзвуковых диффузоров с внешним сжатием. Первая заключается в использовании профилированной иглы (центрального тела) и формировании скачков уплотнения, линии которых тянутся от точек перегиба игля до края диффузора (рис.1а). Второй способ связан с формированием скачков уплотнения путем расчета профиля поверхности диффузора таким образом, чтобы в нем образовалась система отраженных скачков (рис.1б). Минусом первой схемы является тот факт, что полное изоэнтропическое торможение газа осуществить не удастся, так как на поверхности центрального тела происходит увеличение давления, которое вызывает деформацию профиля скорости в пограничном слое, приводящую к отрыву последнего. В точке отрыва пограничного слоя возникает сильное возмущение сверхзвукового потока, вследствие чего образуется скачок уплотнения, переходящий в ударную волну внешнего обтекания обечайки. Но при этом выбор соответствующей формы центрального тела, особенно при осуществлении отсоса пограничного слоя, дает возможность частично использовать изоэнтропическое торможение потока в диффузоре внешнего сжатия и получить восстановление давления несколько более высокое, чем в трех-, четырех-скачковом диффузоре.