本文从化学反应动力学分析出发,通过理论分析、数值计算及实验手段,系统深入地研究了高静温预混超声速气流中爆震的直接起爆与发展过程及初温对其的影响。采用敏感性分析方法,结合三种反应器所得的实验数据,对几种常用的氢氧详细反应模型进行验证,发现Connaire与Balakrishnam反应模型能在较大的工况范围内得到较合理的结果。建立了基于敏感性分析和准稳态假设的复杂反应模型简化方法,得到了一组适用于氢氧爆震自适应化学数值模拟的反应模型。基于爆震简化理论和ZND模型对爆震参数和结构的分析表明:当来流混合物初温升高时,CJ爆震波传播马赫数与压升比明显下降;由于波后温度略升而压升明显下降,因此来流初温对爆震结构的影响关系复杂。通过分析爆震结构中诱导区长度和放热区组分消耗对反应的敏感性,采用元素跟踪法研究了诱导区与反应区中的关键组分,得到了爆震发展过程中的关键反应和重要组分。采用自适应化学数值方法分别模拟了二维等直管道中爆震的发展过程和斜爆震的起爆及发展过程。研究表明:在等直管道内的爆震发展过程中,横波在爆震三波点的演化和发展过程中起重要作用;来流静温升高导致横波和三波点的强度下降,爆震波面发展趋于一维平面波结构,并使得自持爆震发展过程中更容易发生熄灭。在斜爆震的起爆及发展过程中,来流静温升高导致起爆点前移,三波点附近的爆震波角度变化趋于平缓。研制了连续式高焓预混超声速加热器,通过对其混合过程的数值模拟和着火延迟分析及实验研究,验证了该加热器既保证了混合均匀又解决了预着火问题。采用高速纹影技术研究了斜激波诱导燃烧与爆震发展的动态过程,分析了斜激波角度、混合物当量比及其他因素对其的影响与作用机制。结果表明高静温预混气流中爆震波的平均传播速度比CJ爆震速度低。起爆过程中,燃烧与流动的相互作用使得斜激波角度略增,导致波后温度和压力略有上升;当波后的气流处于起爆临界状态并出现较大扰动时,由于激波与燃烧的正反馈作用将发生迅速起爆。发展过程中,由于脱体爆震波本身的不稳定性及其与边界层的耦合振荡作用,导致爆震波角度与起爆三波点位置发生振荡;当可燃混合物的活性增大时,出现爆震波三波点向上游突跃的现象。对于低活性的来流混合物,即使强度较大的斜激波也较难起爆或维持爆震状态;随着来流活性的增加,爆震发展过程中出现了起爆-熄灭-再起爆的现象;随来流活性的进一步提高,脱体爆震波能持续发展。