宽速域、长时间飞行是冲压发动机未来发展的必然趋势。在来流马赫数2~7的飞行过程中,冲压发动机将面临着由来流马赫数变化引起的燃烧室释热分布变化、流场参数变化以及燃烧模态的变化等问题,同时还将面临着发动机推力不足问题。对于固定几何燃烧室,发动机将会在非设计状态点长时间的工作,这将使发动机在加速过程中推力不足。然而,几何可调燃烧室则能够满足发动机在宽速域下对性能的需求。本文针对冲压发动机几何可调燃烧室在宽速域、宽当量比和宽扩张比下开展了如下数值计算和实验研究工作:分析了折转角对几何可调燃烧室性能影响规律。在冷态流场中,研究了折转角对燃烧室内总压恢复系数和阻力系数的影响规律,并发现了在折转角11°~13°范围内变化时具有较高的总压恢复系数。在热态流场中,研究了折转角对燃烧室内流场结构参数的影响规律。结果表明,燃烧室的总压恢复系数和燃烧效率均随着折转角增加,呈先增加后减小的变化规律,在折转角11°~13°范围内变化时取得最佳值,同时还具有较小的不可逆熵增。分析原因表明:一方面是由于折转角变化引起了燃烧释热分布变化,导致燃烧室背压改变,进而影响隔离段内边界层的分离与再附着,导致隔离段内不同程度的总压损失以及不可逆熵增;另一方面是由燃烧释热引起的主激波系统与折转角引起的附加激波系统相互耦合作用的结果。通过折转角对燃烧室推力增益的影响规律,发现几何可调燃烧室流道设计在11°~13°范围内变化时有助于提高燃烧室性能。分析了几何喉道对冲压发动机燃烧室性能影响规律。结果表明:无论有无几何喉道,增加燃油当量比或减小燃烧室扩张比均能使燃烧室内热壅塞点位置前移。对比分析了有无几何喉道对燃烧室性能参数的影响规律。结果表明,几何喉道有助于提高燃烧室的燃烧效率和总压恢复系数,同时减小燃烧室的不可逆熵增。但是,几何喉道在提高燃烧效率和总压恢复系数和减小燃烧室推力增量之间存在一个潜在的平衡关系。在来流马赫数5.5~6范围内存在一个恰当马赫数,使几何喉道有助于提高燃烧室推力增量。研究结果为几何可调燃烧中几何喉道调节规律提供了理论依据。研究了几何可调燃烧室扩张比变化引起的滞环特性。结果表明,扩张比变化引起的滞环特性不仅与扩张比的变化相关,而且还与扩张比本身的大小相关。当扩张比增加时,滞环现象将会消失。同时给出了滞环宽度的变化规律。研究了扩张比变化引起的燃烧室参数的滞环特性,获得了马赫数滞环和燃烧室推力增益滞环。分析认为滞环形成是由于燃烧室扩张比变化引起了燃烧室内释热分布和隔离段出口背压发生变化,进而影响隔离内激波串的运动和边界层的分离与再附着,导致燃烧系统从一种稳态过程过渡到另一种稳态过程。研究了宽马赫数下几何可调燃烧室最佳性能规律。结果表明,在稳定裕度范围内,当给定燃油当量比时,减小燃烧室扩张比能够提高燃烧室的推力增益。解释了几何可调燃烧室扩张比变化与燃烧释热之间耦合作用机制,一方面从不可逆熵增角度,在燃烧室不同区域内有着不同程度的熵增,随着扩张比的增加,燃烧室熵增增加。另一方面,从热力学角度,燃烧室总温增量与马赫数之间的耦合作用也决定了几何可调燃烧室性能损失的大小。在发动机稳定裕度的基础上,获得了宽范围几何可调燃烧室最佳推力增益的调节规律。