หัวฉีดแบบขยายตัวและเบี่ยงเบนทิศทางเป็นหัวฉีดจรวดที่ชดเชยระดับความสูงโดยอาศัยปฏิกิริยาของก๊าซไอเสียกับชั้นบรรยากาศ คล้ายกับหัวฉีดแบบปลั๊กและ แบบ แอโรสไปค์

ลักษณะโดยรวมคล้ายกับหัวฉีดทรงระฆัง มาตรฐาน แต่ตรงคอหัวฉีดจะมี "แกนกลาง" หรือ "แกนหมุน" ซึ่งเบี่ยงเบนการไหลของก๊าซไปทางผนัง ก๊าซไอเสียจะไหลผ่านแกนกลางนี้ในทิศทางที่ออกไปด้านนอกมากกว่าในหัวฉีดทรงระฆังมาตรฐาน ขณะที่ก๊าซขยายตัวก่อนที่จะถูกเบี่ยงเบนไปยังทางออก วิธีนี้ช่วยให้สามารถใช้หัวฉีดที่สั้นกว่าแบบมาตรฐานได้ ในขณะที่ยังคงรักษาอัตราส่วนการขยายตัวของหัวฉีดไว้ได้ เนื่องจากมีขอบเขตเป็นบรรยากาศ ความดันบรรยากาศจึงส่งผลต่ออัตราส่วนพื้นที่ทางออก ดังนั้นจึงสามารถชดเชยความดันบรรยากาศได้จนถึงค่าสูงสุดทางเรขาคณิตที่หัวฉีดนั้นๆ อนุญาต

หัวฉีดทำงานในสองโหมดที่แตกต่างกัน คือ โหมดเปิดและโหมดปิด ในโหมดปิด ก๊าซไอเสียจะเติมเต็มพื้นที่ทางออกของหัวฉีดทั้งหมด ความดันบรรยากาศที่ทำให้การไหลของก๊าซเปลี่ยนจากโหมดเปิดเป็นโหมดปิดเรียกว่าความดันออกแบบ หากความดันบรรยากาศลดลงไปอีก จะเกิดการขยายตัวเพิ่มเติมภายนอกหัวฉีดเช่นเดียวกับหัวฉีดแบบระฆังมาตรฐาน และจะไม่ได้รับผลการชดเชยความสูง ในโหมดเปิด พื้นที่ทางออกจะขึ้นอยู่กับความดันบรรยากาศ และก๊าซไอเสียจะออกจากหัวฉีดเป็นวงแหวน เนื่องจากไม่ได้เติมเต็มหัวฉีดทั้งหมด เนื่องจากความดันบรรยากาศควบคุมพื้นที่ทางออก อัตราส่วนพื้นที่จึงควรชดเชยความสูงได้อย่างสมบูรณ์แบบจนถึงความดันออกแบบ

หากออกแบบให้พินเทิลเคลื่อนที่ไปตามแกนการหมุน พื้นที่คอสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งจะช่วยให้สามารถควบคุมการไหลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ยังคงรักษาแรงดันในห้องไว้ได้^{[ 1 ]}

เช่นเดียวกับหัวฉีดแอโรสไปค์และหัวฉีดปลั๊ก หากใช้ห้องเผาไหม้แบบโมดูลาร์แทนห้องเผาไหม้แบบเดี่ยว ก็จะสามารถควบคุมทิศทางแรงขับ ได้โดยการควบคุมการไหลของอากาศไปยังห้องเผาไหม้ต่างๆ

หัวฉีด ED เป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่ทศวรรษ 1960 และมีการพยายามพัฒนาหลายครั้ง โดยหลายครั้งสามารถบรรลุระดับการทดสอบการจุดระเบิดแบบคงที่ได้ ซึ่งรวมถึง 'Expansion-Deflection 50k' ^{[ 2 ]} (Rocketdyne), 'Expansion-Deflection 10k' ^{[ 3 ]} ( Rocketdyne ) และRD-0126 ^{[ 4 ]} (CADB) Rocketdyne ยังได้พัฒนาหัวฉีด ED ขนาดเล็กกว่าอีกตัวหนึ่งด้วย^{[ 5 ]}

Rocketdyne ดำเนินงานในช่วงที่ความสนใจในเรื่องนี้เพิ่มสูงขึ้นในช่วงทศวรรษ 1960 โดยเริ่มแรกได้พัฒนาหัวฉีด ED 50k ซึ่งมีแรงดันในห้อง 20.7 บาร์ (2.07 MPa) ให้แรงขับ50,000 lbf (220 kN)และไม่มีการระบายความร้อน ทำให้สามารถทดสอบได้ครั้งละไม่กี่วินาที^{[ 5 ]}หัวฉีด ED 10k มีแรงดันในห้อง 15.5 บาร์ (1.55 MPa) ให้แรงขับ10,000 lbf (44 kN) มี ห้องแรงขับแบบระบายความร้อน และได้รับการทดสอบในโรงงานจำลองระดับความสูง^{[ 5 ]}หัวฉีด ED ขนาดเล็กกว่าให้ แรงขับ 9,900 lbf (44 kN)และยังใช้เพื่อทดสอบความสามารถในการชดเชยระดับความสูง การทดสอบเหล่านี้ยืนยันถึงข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพเหนือหัวฉีดแบบระฆังที่เทียบเท่ากัน^{[ 5 ]}      

หัวฉีด ED ของ Chemical Automatics Design Bureauได้รับการระบายความร้อนอย่างสมบูรณ์และนำไปใช้ในการทดสอบการเผาไหม้จริงในปี 1998 ตัวเรือนส่วนกลางเป็นที่ตั้งของห้องเผาไหม้ (คล้ายกับการออกแบบของ Astrium ที่กล่าวถึงด้านล่าง) ซึ่งช่วยลดความยาวลงได้ นอกเหนือจากการปรับปรุงรูปทรงให้ดียิ่งขึ้น

บริษัท Wickman Spacecraft & Propulsionได้พัฒนาและทดสอบมอเตอร์แข็งร่วมกับ ED ^{[ 6 ]}

ในปี 2010 มหาวิทยาลัยบริสตอลสหราชอาณาจักร ประสบความสำเร็จในการทดสอบเชื้อเพลิงไฮโดรเจน/อากาศในรูปก๊าซ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ STERNพวกเขายังมีส่วนร่วมในการพัฒนาความรู้เกี่ยวกับพฤติกรรมของหัวฉีด ED ระหว่างการบินโดยใช้มอเตอร์จรวดไฮบริด^{[ 7 ]}

ในขณะที่การวิจัยเกี่ยวกับหัวฉีดนี้ยังคงดำเนินต่อไป หัวฉีดนี้อาจถูกนำไปใช้ก่อนที่จะมีการพัฒนาข้อดีทั้งหมด ในฐานะขั้นตอนบนสุด ซึ่งจะใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความดันบรรยากาศต่ำ/สุญญากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโหมดเวคแบบปิด หัวฉีด ED จะช่วยลดน้ำหนัก ลดความยาว และอาจเพิ่มแรงขับจำเพาะได้มากกว่าหัวฉีดแบบระฆัง (ขึ้นอยู่กับรอบการทำงานของเครื่องยนต์) ทำให้สามารถบรรทุกน้ำหนักได้มากขึ้น การศึกษาชี้ให้เห็นว่าอาจเพิ่มน้ำหนักบรรทุกให้กับAriane 5 ได้อีก 180 กก. (400 ปอนด์) เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ Vinciรุ่นใหม่หากเป็นรอบการทำงานแบบขยายตัวเช่นกัน หัวฉีดดังกล่าวอาจนำมาใช้ได้ก่อนที่จะมีการพัฒนาความสามารถในการชดเชยระดับความสูง^{[ 8 ]}  

กำลังอยู่ระหว่างการตรวจสอบสำหรับเครื่องบินอวกาศ Skylon ของReaction Engines การใช้งานบน จรวด แบบขั้นตอนเดียวสู่วงโคจร (SSTO) จะใช้ความสามารถในการชดเชยระดับความสูงของหัวฉีด ED อย่างเต็มที่ ทำให้สามารถเพิ่มน้ำหนักบรรทุกได้อย่างมาก ปัจจุบัน Reaction Engines, Airborne Engineering และมหาวิทยาลัยบริสตอลกำลังมีส่วนร่วมในโครงการ STERN (Static Test Expansion deflection Rocket Nozzle) ^{[ 9 ]}เพื่อประเมินความสามารถของหัวฉีด ED และพัฒนาเทคโนโลยี^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

• หนังสือ Rocket Propulsion Elementsฉบับที่ 7 ปี 2001 สำนักพิมพ์ Wiley-Interscience โดย Sutton และ Biblarzให้ข้อมูลเบื้องต้นอย่างละเอียดเกี่ยวกับแง่มุมต่างๆ ของวิศวกรรมจรวด และสรุปเกี่ยวกับหัวฉีดชดเชยระดับความสูงแบบต่างๆ (หน้า 75–84)
• Aerospaceweb.orgเว็บไซต์นี้กล่าวถึงหัวฉีดประเภทต่างๆ รวมถึงหัวฉีดแบบขยายและเบี่ยงเบนทิศทาง
• UKRocketman.comรายงานเกี่ยวกับโครงการ STERN และโครงการที่เกี่ยวข้อง