超声速来流狭缝喷注气膜冷却可以用于高超声速飞行器内外流的热防护，火箭发动机喷管扩张段的冷却等，在航空航天领域具有重要的工程意义。论文以超声速来流狭缝喷注气膜冷却为研究对象，采用实验与数值仿真的方法对超声速来流后台阶狭缝及倾斜狭缝喷注气膜冷却的典型流场结构及传热特征进行了深入研究。
　　首先研究了在冷却气体未加热的情况下，超声速后台阶狭缝喷注气膜冷却的流场结构。分析了喷注冷却气体的狭缝喷管分别处于过度膨胀、设计工况及欠膨胀工况时的超声速后台阶狭缝喷注气膜冷却的流场结构，分析了冷却气体的供应压力对于超声速气膜冷却流场结构的影响。结果表明，冷却气体的供应压力直接影响气膜冷却流场的上下唇口的激波强度，再附激波的角度在供应压力增大到一定程度之后不再随供应压力增大而增大。
　　在冷却气体与超声速主流之间无温度差时无法进行冷却效率的测量，故论文也进行了将冷却气体加热一定的温度之后的后台阶狭缝喷注气膜冷却的实验。结果表明冷却气体的加热与否对超声速气膜冷却流场结构的影响不大。分析了热的冷却气体在供应压力逐渐增大的情况下对于气膜冷却的影响，结果表明冷却气体的供应压力不仅影响流场结构，冷却效率也在逐渐增大。研究了后台阶狭缝喷管的结构参数对于气膜冷却的影响，包括冷却气体的喷注马赫数、狭缝喷管的出口高度、设置狭缝喷管的后台阶高度以及后台阶处的来流边界层厚度等参数。冷却气体的喷注马赫数越大，气膜冷却的冷却效果越好。在质量流量保持一致的情况下，使用设计马赫数越大的狭缝喷注冷却气体的冷却效果越好。而狭缝的唇口厚度，后台阶处的边界层厚度等参数对于气膜冷却的冷却效率影响不大。
　　在超声速环境中必然要考虑斜激波的影响，设计了三个不同角度的激波发生器，并分析了斜激波的入射位置及入射强度对于超声速后台阶狭缝喷注气膜冷却的影响。结果表明激波入射到后台阶位置对于气膜冷却的破坏作用最大，入射位置在台阶后越远离后台阶时，激波的作用范围及作用程度越小。在入射到相同的流向位置时，激波的强度越大，其破坏作用越大。
　　将喷注冷却气体的后台阶狭缝喷管旋转一定的角度变成倾斜狭缝喷注冷却气体，研究了其典型的流场结构及传热特征。并将倾斜狭缝喷注气膜冷却的流场结构及传热特征与后台阶狭缝喷注气膜冷却相比，结果表明倾斜狭缝喷注气膜冷却的冷却效率低于相同条件下的后台阶狭缝喷注气膜冷却。
　　研究了倾斜狭缝喷注气膜冷却的结构参数对于气膜冷却的影响，包括冷却气体的喷注压力、倾斜狭缝喷管的马赫数、狭缝喷管的倾斜角度等。结果表明：冷却气体的喷注压力越大，狭缝喷管的马赫数越大，狭缝喷管的倾斜角度越小，冷却效果越好。最后分析了入射斜激波对于倾斜狭缝喷注气膜冷却的影响，结果发现激波对于倾斜狭缝气膜冷却的影响与后台阶狭缝气膜冷却类似。