非等温超/亚声速混合层广泛存在于吸气式高速飞行器发动机燃烧室内,具有速度梯度大,流动结构复杂,动量、热量、组分输运快速等特点,对流动混合与燃烧组织起着重要作用。本文结合试验与数值模拟方法,对非等温超/亚声速混合层的流动特征、油雾特征和超/亚声速剪切流下燃烧特征开展系统而深入的研究。采用试验和数值计算方法获得了非等温超/亚声速混合层的流动特征、气动热力参数影响规律,总结了混合层流场结构参数预测方法。混合层内流动包括三个区域:层流及不稳定形成区、不稳定增长及大尺度结构运动区和湍流特征区;存在大尺度结构的卷起、撕裂、组对、合并过程,但无明显拟序特征;混合层内参数脉动较大。无量纲速度、无量纲总压和无量纲总温分布具有相似性,呈现高斯函数分布;湍流强度分布也具有相似性,呈偏向超声速侧“单峰”分布;速度混合层与温度混合层均呈楔形发展,温度混合层增长更快;混合层卷吸更多的超声速侧流体。研究的气动参数范围内,亚声速马赫数Ma2变化对总压和混合层空间发展影响较大;压力比p1/p2增加,混合层呈现波纹型发展,无量纲总压、混合层厚度、卷吸超声速气流质量比减小;总温比T1t/T2t增加,湍流强度、卷吸超声速气流质量比降低,无量纲静温升高;压力pe变化对流动特征无影响;湍流强度峰值和无量纲混合层增长率随对流马赫数增加而减小。预测方法准确确定混合层空间位置、速度和总温分布。完成了非等温超/亚声速混合层油雾空间分布和粒径分布特征及供油参数和气动热力参数影响的研究。沿流动方向,油雾场呈现两区四段空间分布特征,分别为横向射流区包括横向破碎段、卷吸转向段及混合层区包括剪切破碎段、跟随运动段。跟随运动段的油雾分布与大尺度结构相关。横向破碎段和剪切破碎段是油雾SMD减小的主要区域。混合层内速度梯度对油滴的破碎雾化起到积极作用,尤其对于大粒径油滴。供油参数和气动热力参数变化对油雾空间分布特征影响较小,主要改变剪切破碎段起始位置,而影响该段及整个混合层SMD变化情况。油雾在混合层内的停留时间短,汽化较难。燃油温度和气流温度变化影响燃油的汽化。燃油温度和超声速气流总温T1t升高,燃油汽化量明显增加。亚声速气流总温T2t升高,促进横向射流区燃油汽化,但总汽化量降低。试验和数值计算研究了非等温超/亚声速剪切流燃烧特征。分析了有、无稳定器值班时,非等温超/亚声速混合层内火焰特征和反应区形成机制,对比了亚声速气流与超/亚声速剪切流时稳定器点火过程与火焰形状。无稳定器值班时,当超声速气流中携带燃料时,混合层内出现橘黄色火焰,呈现扩散燃烧特征;当由隔板供入燃料时,首先在混合层超声速侧边界出现形成初始反应区,随后横跨混合层沿着混合层亚声速侧边界发展,同时具有预混和扩散燃烧特征。反应均为热自燃机制,反应区位于马赫数Ma＜1区域。与亚声速气流时相比,超/亚声速剪切流时,点火时间增加,火焰向超声速气流侧偏移,火焰长度缩短。反应区与流场间存在匹配关系。稳定器值班时,在混合层与低速回流区交接的亚声速侧边界线附近出现絮状或条带状火焰,反应区的形成机制与稳定器边缘剪切层处的相同。综合上述研究工作与成果,本文创新性地揭示了非等温超/亚声速混合层流动发展“三区”特征和流动参数相似性分布;混合层油雾沿流向的“两区四段”空间分布特征和速度梯度剪切促进燃油破碎雾化的特征;反应区与流场间的匹配关系,混合层反应区的高温燃气支持与热自燃的两种形成机制。本文研究结果对加深非等温超/亚声速混合层的认识具有重要参考价值,对吸气式高速飞行器发动机燃烧室设计具有指导作用。