超声速喷管的作用是将亚声速气流转变为超声速气流。它不仅仅是火箭发动机和航空发动机的必要构件,也是超声速风洞的重要部件。在人造卫星上,超声速喷管也被用来改变卫星的飞行姿态和轨道。超声速喷管除了在航空航天领域被广泛应用外,在工业领域也经常能见到它的身影,例如在冶金、激光切割、超细粉体等行业中超声速喷管已被大量使用。本文根据超声速风洞喷管设计的一般原理以及特征线理论和边界层修正理论,提出了一种实用的三维轴对称超声速喷管的设计方法。对收缩段和扩散段分别进行了设计。通过数值仿真软件Fluent,分别模拟了单喷管自由射流,单喷管射流撞板和两喷管射流对撞的流场。设计并搭建了适合于阴影法和比较先进的PIV技术测量超声速喷管流场的实验平台。分别用阴影法和PIV技术对单喷管自由射流,单喷管射流撞板和两喷管射流对撞的流场进行了测量。并将实验结果与数值模拟结果进行了对比。此次研究实现了对微小超声速流场的测量。数值模拟和实验结果验证了超声速喷管设计方法的可行性,并为所设计的超声速喷管在气流粉碎技术中的运用提供了依据。对于超声速喷管在其它领域的应用也具有一定的参考价值。