超燃冲压发动机是大气层内高超声速飞行的最佳动力装置,其中燃烧室作为超燃冲压发动机的关键部件,其性能是制约发动机发展的关键因素。其中的燃烧组织、壁面热防护、燃烧室控制环节是主要难点。超声速燃烧室工作在来流马赫数超过6的工况,来流总温高,加之采用碳氢燃料燃烧,对燃烧室壁面热防护带来了巨大挑战。由于承受较高的温度和压力载荷,燃烧室会不可避免地出现局部热变形现象,这种现象的发生会严重影响燃烧室的工作稳定性和使用寿命,针对此现象,需要进行相关工况下的燃烧室热结构分析。而有限元结构仿真分析是对超声速燃烧室热应力热变形进行研究的有效手段。通过降低燃烧室壁面温度和改变燃烧室壁面材料的方式,对热结构进行了优化。对不同约束情况进行热结构仿真分析并进行对比。基于此现状,本文主要进行了以下工作:首先简要介绍了超燃冲压发动机燃烧室燃烧场的数值模拟计算方法。给出了超燃冲压发动机燃烧场的控制方程,主要对数值仿真模型、燃烧室构型以及来流条件进行介绍,然后对数值模拟方法进行验证。并对有限元结构分析理论进行介绍,对超声速燃烧室壁面热结构的研究方法进行介绍。通过地面发动机试验,提出一种新的点火方式,对支板处于扩张段的情况进行点火实验,并对超声速燃烧室沿程压力进行测量,为扩张段点火的可靠性提供支撑。通过数值仿真研究了不同扩张比、不同当量比以及不同支板位置的超声速燃烧室流场特性以及燃烧规律。研究发现:支板处于扩展段可以有效增加进气道不起动裕度,在避免进气道不起动的情况下,加入更多的热量,进而在燃烧室中产生更大的压升,进一步提高燃烧室性能。进一步研究了在不同当量比、不同扩张比的情况下超声速燃烧室壁面的热结构状态。并通过降低燃烧室壁面温度和改变燃烧室壁面材料的方式,对热变形进行了优化。并对耐高温的碳化硅材料进行热结构研究分析,对不同约束情况进行数值模拟。研究发现:超声速燃烧室最大变形位置与超声速燃烧室结构相关,相比较压力而言温度是热变形的主要影响因素。通过增加水冷却通道的方式可以很好地减小热变形量。碳化硅材质在相同工况下具有更小的变形量。最后,针对轴对称圆形超声速燃烧室和轴对称环形超声速燃烧进行有限元数值结构仿真,对轴对称环形超声速燃烧室在不同约束条件下的构型进行模拟,为后续深入研究轴对称超声速燃烧室合理设计燃烧室构型奠定基础。