超燃冲压发动机在高马赫数运行下面临再生冷却能力不足的问题,因此通过引入气膜冷却进一步提高壁面的冷却能力。采用壁面射流方式进入燃烧室完成冷却任务后的吸热型碳氢燃料内部仍有较大能量可供利用。基于此,本文研究该部分燃料能否发生燃烧膨胀做功,以期提升发动机性能。本文利用数值模拟方法对燃烧室内的超声速掺混燃烧过程进行了研究。建立了超声速燃烧室壁面碳氢燃料射流掺混燃烧模型,湍流模型与燃烧模型分别采用SST k-w模型和涡耗散概念模型,化学反应机理采用40组分,141步反应简化机理。然后将建立的模型及数值方法计算得到的结果与美国NASA刘易斯研究中心的实验数据进行对比,验证了数值计算模型的准确性及可行性。为了明确超声速燃烧室内的混合特征,利用RANS模型计算了燃烧室内的基本冷流场结构,并且分析了不同射流与主流进口条件对流动以及混合的影响。发现,在主流与射流入口处分别会有激波以及膨胀波产生,并且,射流速度与射流孔径高度越小,流场内流体混合加强,但主流总温变化不会对掺混产生影响。同时,还发现了不同条件下壁面摩擦系数会变化,并且射流速度与射流孔径高度越小,主流总温越小,则壁面摩擦系数也越小,这可以减小燃烧室内的摩擦阻力,提升发动机推阻比。分析了燃烧场的流场结构。研究表明,起火位置在边界层上,并且燃烧会影响边界层内的流动掺混。研究了不同入口参数的影响,发现射流速度越大,射流孔径高度越大,主流总温越低,会使得起火位置延后,并且火焰分布在远离边界层区域。同时,燃烧会明显降低壁面摩擦系数,火焰强度越大,摩擦系数的降低幅度越大。最后研究了激波对于燃烧室掺混燃烧的影响。发现激波会使得射流与主流的掺混更加靠近主流区域,加强流体之间的掺混燃烧。同时,激波作用在起火位置之前会使得火焰发生点提前,作用在起火位置之后会增大火焰强度。激波的强度越强也会使得燃烧室内流体之间的混合增强,发生燃烧时火焰强度增强。