本文目的是研究超声速雾化场粒径二维分布精细在线测量,给超燃冲压发动机的研究尤其是燃烧室结构研发以及燃料雾化性能的评估提供基础性的参考数据。实现高超声速飞行器最重要的是超燃冲压发动机技术,该技术领域的发展受到目前世界各国的高度重视。煤油超声速雾化及其粒径二维分布测量非常具有挑战性,涉及大跨度、多学科交叉,是研制煤油超燃发动机的首要关键问题,但是燃料注入超声速燃烧室的破碎和雾化是流体力学目前遇到且未解决的困难之一。在现有雾化场激光测量技术的基础上,如：相位多普勒技术(PDA)、激光散射、激光干涉、激光衍射和激光全息等,本文研究了一种高空间和高时间分辨率的片激光诱导荧光(PLIF)和Mie散射光相结合的双光谱成像测量煤油超声速雾化粒径二维分布的新方法。该方法利用液滴的PLIF光强与液滴直径的关系以及Mie散射光光强与液滴直径的关系,对雾化场索太尔平均直径(SMD)二维分布进行测量。本文首先介绍了PLIF/Mie双光谱技术测量的基本原理以及基于该技术原理设计了粒径分布的测量系统,包括超声速风洞、低速雾场实验平台、片激光转换光路、双光谱成像光路和时序控制单元等系统,并在低速雾化场实验平台进行了双光谱成像实验,初步验证了其可行性。与其他测量方法相比,双光谱成像测量方法有很大优越性,能获得雾化场瞬态粒径分布信息。其次,详细讨论了双光谱成像测量方法的粒径反演及其误差分析。在进行粒径反演时,待测液滴类型和参数与标定用的液滴类型和参数应接近,不应偏离太大。最后,为了实验测量的方便性以及为测量的定标和误差估计提供信息和依据,在实验测量之前,利用Fluent软件模拟煤油在超声速气流中喷射的雾化性能,以穿透深度、横向扩散范围、索太尔平均直径等雾化质量的评价指标为目标函数,以喷射角度、喷嘴直径、喷射速度等作为独立的喷射参数,进行了基于灰色系统理论的多目标正交优化,得到了喷射参数的最佳组合。本文主要的创新和特色之处为：将PLIF和Mie散射光两种光谱结合的双光谱成像方法应用于煤油超声速雾化的粒径测量;采用了一种PLIF/Mie双光谱技术的粒径反演模型,定量分析了反演误差,为粒径测量系统方案的布置提供了依据；把灰色系统理论与正交设计结合的方法应用于煤油在超声速气流中雾化的喷射参数的仿真优化,为超声速风洞结构设计提供了依据,并可验证测量结果的正确性。