超燃冲压发动机再生冷却对于发动机结构安全和性能有着重要的意义,而燃料在诸多冷却通道中的流量分配不合理问题,往往导致燃料热沉的严重浪费,甚至局部超温,发生热防护失败,严重威胁发动机结构安全。为了保证发动机冷却效果和结构安全,亟需针对性的通道设计和调控方法,而碳氢燃料流量分配规律和通道几何参数的耦合关系正是相关设计和方法的重要支撑。本文围绕以上问题开展研究如下:实验研究表明碳氢燃料流量分配问题中存在双偏差放大机制。通过对碳氢燃料物性和运行条件进行敏感性分析对此进行了解释。按照分流诱因主导、热流诱因主导对问题分类,在贴近发动机真实冷却通道结构视角下,采用典型三维多矩形通道流动换热裂解数值模型,研究了碳氢燃料流量分配的基本规律。分流诱因主导时,直接导致初始流量差,但碳氢燃料物性随加热的急剧复杂变化大大放大了这个初始流量偏差;热流诱因主导时,跨临界区通道热耦合效应对流量分配影响显著,热流诱因的影响通过高热流区通道严重的热分层传递给流量和油温分布。在热裂解区,影响流量和油温分布不合理的路径除了热分层,还耦合了化学反应,最终导致其分配规律和机制出现明显变化。以基本分配规律为基础,研究通道参数对流量分配的影响。分流诱因主导时,在非裂解区和裂解区,流量分配都随着通道高宽比增加而得到优化。但增加通道高宽比会导致严重热分层,致使壁温升高,无法应用。热流诱因主导时,在跨临界区,热流诱因下,通道高宽比增加优化流量分配、油温和燃料热沉利用分布。和单通道研究结果相比,考虑对流量分配问题时,通道中适用高宽比上限更高。而在裂解区,总体来讲适合小高宽比设计。针对热流诱因,通道高宽比增加基本不影响流量分配,但使得油温和燃料转化率分布恶化,壁温升高。和单通道研究相比,考虑流量分配影响后,裂解区高宽比许用上限更低。针对流量分配偏差极其严重的跨临界区,本文还提出了针对性的平行四边形通道设计,能有效增大换热面积,减小流量偏差,优化冷却效果。此外,进出口分汇流腔流通面积比、分汇流腔高宽比等参数也对流量分配有着明显的影响。为解决流量分配问题,提出了以变截面通道设计为核心的流量分配调控方法,减小低温区通道流通面积,增大高温区流通面积,辅以强化换热手段,增大通道中对加热不敏感的阻力份额,截断了由温度偏差向阻力偏差的传递关系,从而最终优化了流量分配。围绕此种调配阻力份额的思想,本文还提出了更有针对性的分级节流流量分配调控方法,在低于拟临界点的温区设置两级节流结构,增大通道中稳定阻力份额,控制流量偏差。此方法在并联通道高温碳氢燃料流量分配试验台得到了验证,凸显了其在控制效果和实用性方面的优势。最后对比分析展示不同工况下冷却燃料流量偏差加剧超温风险、严重限制发动机工作范围,说明了冷却燃料流量偏差在发动机层面的危害。另一方面,其对于发动机运行范围的拓宽作用也得到了验证,证明了关于通道中阻力份额调控的控制思路,为帮助解决流量分配问题、保证发动机安全运行提供了参考。