Der Totaldruck am Triebwerksaustritt ist in der Regel mindestens doppelt so groß wie der Umgebungsdruck, was eine konvergent-divergente Düse für die vollständige Expansion erforderlich macht und somit Überschallabströmung ermöglicht. In diesem Fall muss der Austrittsquerschnitt der Düse \(A_{e}\) gegenüber dem Düsenhals \(A_{nt}\) dimensioniert werden. Darüber hinaus muss die Düse gegenüber dem restlichen Triebwerk dimensioniert werden (Anbindung an die Maschine), was durch die Relation zwischen dem Düsenhals und dem Verdichterquerschnitt \(A_{2}\) gegeben ist. Hierbei wird angenommen, dass der Verdichterquerschnitt repräsentativ für den Triebwerksquerschnitt ist.
Die ideale Kreisprozessbetrachtung des Turbojets liefert die Abströmmachzahl \(Ma_{9}=Ma_{e}\), die zusammen mit der kompressiblen Beziehung für Strömungsquerschnitte das gesuchte Flächenergebnis liefert (nachfolgende Abbildungen):
- Für alle Parametervariationen ergibt sich für \(Ma_{0}<4\) ein Flächenverhältnis \(A_{e}/A_{nt}>1\), d.h. für die ideale Expansion ist eine konvergent-divergente Düse (Laval-Düse) erforderlich.
- Es findet zunächst eine Zunahme des Flächenverhältnisses bis ca. \(Ma_{0}=3\) statt, gefolgt von einer Abnahme. Für die ideale Expansion ist also variable Düsengeometrie erforderlich.
Die Anbindung an die Maschine liefert folgende Ergebnisse:
- Bis ca. \(Ma_{0}=2\) bleibt das Flächenverhältnis \(A_{nt}/A_{2}\) näherungsweise konstant, d.h. der Düsenhals kann für gegebene Triebwerksparameter fest eingestellt werden.
- Bei weiterer Zunahme der Flugmachzahl findet eine rapide Zunahme statt, so dass die Düsenhalsgeometrie variabel eingestellt werden müsste, um optimale Expansion zu erreichen.
