双模态冲压发动机满足飞行器由超声速到高超声速的宽广速度范围要求。目前，在提高其性能，获得大的净推力的几种新概念中，集燃料喷射、混合及火焰稳定为一体的凹槽火焰稳定器是其中最具潜力的一种。本文从实验和数值模拟两方面，对双模态冲压发动机燃烧室凹槽火焰稳定器和模态转换进行了研究。 1．实验研究 针对双模态冲压发动机燃烧室模型，设计了两种结构的火焰稳定器：正规凹槽和斜面凹槽火焰稳定器。通过直连式实验，用一维方法处理实验数据，得到不同飞行马赫数条件下的燃烧室参数和性能。在飞行马赫数为5，油气当量比0.386～0.551时，随着油气当量比的增加，燃烧由超燃冲压转换到亚燃冲压模态。设计的凹槽实现了稳定火焰的作用。 2．数值计算 对实验研究中所使用的燃烧室模型进行简化和分析，建立了适合计算的双模态燃烧室数学模型。通过与实验数据进行对比，证明数值计算中所采用的各类模型和计算结果是正确的。 采用涡耗散和假定PDF两个紊流燃烧模型、两方程紊流模型和雷诺应力紊流模型，对煤油在双模态燃烧室内的燃烧进行了数值分析。与涡耗散模型相比，采用假定PDF模型更能准确地分析煤油在双模态燃烧室内的喷雾燃烧；RNGk-ε和SSTk-ω紊流流动模型在模拟煤油超声速燃烧流场中是非常有效的，而雷诺应力模型的效果较差。 系统研究了不同L／D、后缘倾角θ和前壁面结构以及燃料喷射位置对凹槽火焰稳定特性的影响。在所模拟的条件下，L／D=5、后缘倾角θ=30°、前壁面为斜面以及从其上游0位置喷射燃料的凹槽结构，不仅具有良好的火焰稳定性，而且总压损失小，燃烧效率较高。 对凹槽的非定常流动进行了计算，再现了凹槽振荡流场。其产生的卷吸，有利于质量交换和向外传播，适于稳定火焰。对双模态冲压发动机燃烧室内液滴的非定常流动进行了模拟，得到燃料在燃烧室内的分布，有利于确定点火位置、点火时间以及火焰稳定器的位置，从而，合理设计燃烧室结构，使液体煤油的混合和燃烧更加充分。