超燃冲压发动机作为实现高超音速飞行的首要关键技术,其燃烧系统中液体煤油垂直喷入超音速横流的破碎与雾化混合过程,对发动机高效点火与稳定燃烧有着重大影响。而拍摄方法的瓶颈会造成数据图像出现拖影现象,阻碍了对超音速横流条件下煤油射流破碎雾化机理的深入研究。因此,本文在解决超音速横流中射流雾化图像拖影问题的基础上,将试验研究和数值模拟相结合,着重分析超音速横流中煤油垂直射流的破碎特性、流场分布特性、气体分布特性和粒子分布特性,进一步丰富超音速横流中射流破碎雾化理论。首先搭建超音速横流中射流雾化可视化平台,利用激光阴影法与CCD(Charge Couple Device)相机相结合对超音速横流中射流破碎特性实现无拖影高分辨率拍摄,在验证射流柱破碎过程中表面波存在的同时,成功捕捉到拉丝、雾块等流动特征,分析了射流区域的破碎特性。试验结果表明:超音速横流中射流雾化区域按照结构特征分为表面波主导的破碎区域、快速雾化区域以及均匀雾化区域。随着喷孔直径或液气动压比的增加,射流的空流区域和射流夹角都会增加,并且在相同位置处射流的穿透深度也会提高;但是相对于提高动压比,增加喷孔直径对提高射流穿透能力的影响力更大。此外,利用高速纹影法捕捉到在超音速横流条件下射流雾化的流场结构,主要包括弓形波、分离激波和分离区等。研究了弓形激波的形成原因并对激波区域进行详细划分。同时还探究了喷孔直径和液气动压比对激波夹角的影响规律。结果表明:随着动压比或喷孔直径的增加,射流柱对整个流场的阻塞程度增加,激波夹角随之增大。但喷孔直径和动压比对射流夹角的影响程度存在差异,通过对两者对比研究发现激波夹角对喷孔直径的变化更为敏感。基于DES(Detached Eddy Simulation)湍流模型与DPM(Discrete Phase Model)粒子模型建立超音速横流中射流雾化模型,主要的模型包括湍流模型、气液相控制模型和破碎模型等。对比不同参数模型的数值结果,进行模型优化选择,并利用激光阴影和高速纹影法所获取的射流雾化数据对模型进行验证。确保数值模型的准确性后,着重探究喷孔直径和液气动压比对超音速来流中粒子分布特性和气体分布特性的影响规律。研究表明:在相同来流条件下,提高喷孔直径或液气动压比能够提升射流柱的穿透和阻塞能力,增强射流柱上游的气相密度,但对于气相压力大小和涡量分布影响不大;而针对射流雾化区域,喷孔直径的扩大能够使射流柱穿透深度提高,但会使粒子横流方向速度降低,粒子直径变大;若在相同喷射速度和直径条件下,随着液气动压比的缩小,来流对射流的气动作用更加明显,上游弓形激波强度增加,射流柱更易弯曲变形,射流粒子速度在来流的拖拽下变得更快且粒子直径更小,但动压比的减少缩小了射流雾化区域。通过试验和数值结果的分析,在来流相同的条件下,喷孔直径对射流雾化区域的影响更为突出,通过改变喷孔直径可以调整射流雾化区域,保证雾化质量。