本文以实现火箭基组合循环发动机燃烧室在冲压模态的稳定工作为目的,采用试验与数值计算相结合的方法研究了凹腔回流区和引射火箭底部回流区的火焰稳定能力,提出并验证了两种增强燃烧室火焰稳定能力的方法。对无反应流场的研究表明,引射火箭导致的流场畸变对凹腔回流区有重要影响。凹腔剪切层在膨胀扇的作用下可能在凹腔底壁再附,进而导致凹腔丧失火焰稳定能力。当再附激波入射到凹腔剪切层上时,凹腔剪切层在逆压梯度的作用下向流道中心偏转。减小凹腔长深比可以削弱膨胀扇对凹腔流场的不利影响。凹腔点火过程和火焰稳定模式涉及复杂的流动-燃烧耦合现象。在点火初期,流动主导着火核的传播。凹腔回流区将火核携带至凹腔前部。随着局部自持火焰的增强,凹腔剪切层火焰和火焰基底间的正反馈促使火焰沿凹腔剪切层快速向下游传播。当燃烧释热能够对流场造成显著影响时,反应区与上游流场的相互作用驱动着燃烧室流场逐渐演化到最终状态。基于凹腔的火焰稳定方案存在三种典型火焰稳定模式。仅凹腔后部受到膨胀扇的影响时为凹腔稳定的超燃模式。由于凹腔剪切层撞击凹腔后缘,该模式的火焰亮度出现主频在300 Hz到500 Hz之间的振荡。再附激波对凹腔流场起主导作用时为射流尾迹稳定的超燃模式。再附激波-火焰反馈环使火焰亮度以大约100 Hz的频率振荡。当凹腔位于膨胀扇和再附激波下游时,膨胀扇降低了主流静压,再附激波使边界层对下游反压更加敏感。燃烧释热在燃烧室内诱导产生大尺度分离区,燃烧室工作在亚燃模式。不稳定的热力学喉道使火焰亮度出现主频约为800 Hz的振荡。对火焰稳定模式聚类分析的研究表明,基于卷积神经网络的自编码器可以根据火焰化学发光图像和纹影图像准确区分不同火焰稳定模式。在采用凹腔与火箭底部协同火焰稳定的燃烧室中,凹腔反应区能够促使火箭底部回流区及其尾迹区扩张,在火箭下游营造适宜点火和火焰稳定的亚声速环境。相比于仅采用凹腔的方案,凹腔与火箭底部协同火焰稳定具有更高的燃烧效率,更稳定的流场结构。对火箭底部回流区的分析表明,在相同的阻塞比下,圆截面火箭底部回流区的长度和体积大于矩形截面火箭。因此,圆截面火箭具有相对较强的火焰稳定能力。受到回流区尺寸的限制,仅依靠火箭底部回流区无法实现乙烯或煤油的稳定燃烧。激波发生器可以增强火箭底部回流区的火焰稳定能力。在无反应流场中,激波发生器生成的斜激波对火箭底部回流区基本没有影响。但是在反应流场中,斜激波导致的逆压梯度大大拓展了火箭底部回流区的长度。斜激波下游的高温、高压区也促进了化学反应。燃烧室中实现了乙烯的稳定燃烧。在不造成流道壅塞的前提下提高激波发生器的阻塞比可以进一步提升火箭底部回流区的火焰稳定能力。随着激波发生器和火箭之间距离的增大,火箭底部回流区的尺寸呈现先增大后减小的趋势,即二者之间的距离存在最优解。该最优解随着激波发生器阻塞比的增加而增大。在增强燃烧室火焰稳定能力方面,微射流阵列可以代替机械激波发生器。试验结果表明,微射流阵列生成的激波和激波发生器生成的斜激波具有较好的相似性。采用这两种流动控制方法的燃烧室具有相同的火焰稳定模式。