本文以后缘突扩凹腔超声速冷流、混合和燃烧流场为研究对象,采用数值仿真和燃烧实验验证的方法,对超声速气流中后缘突扩凹腔的流动模式、喷注混合和燃烧机理进行了观测,并对其内在机理进行了分析研究。采用时均的雷诺平均数值仿真方法,研究了不同构型的后缘突扩凹腔在超声速气流中的冷态流场,揭示了凹腔后缘高度、凹腔底部长度和凹腔后缘倾角对凹腔流场的影响规律。发现后缘突扩凹腔总压损失小于常规凹腔,随着凹腔后缘高度的降低,总压损失会降低;凹腔长度对后缘突扩凹腔冷态流场会产生较大影响,长凹腔和短凹腔都比基准凹腔的总压损失大。通过气态多组分RANS数值仿真研究了凹腔上游氢气横向喷射混合流动特性,揭示了不同构型凹腔的混合流场特性和不同喷射位置对混合流场的影响,以及氢气与主流的混合效果。发现随着凹腔后缘高度的降低,氢气的横向喷流受到主流更强的压缩,向凹腔内及剪切层输运的燃料逐渐增多;近凹腔喷注工况下凹腔内的氢气质量分数要比远凹腔喷注工况高,说明近凹腔喷注比远凹腔喷注燃料与主流的掺混效果要好。通过数值仿真与燃烧实验等方法,研究了超声速气流中凹腔上游氢气横向射流燃烧的流场特性,揭示了凹腔构型参数的改变对燃烧流场的影响,提出了最优后缘突扩凹腔构型。发现后缘高度是决定后缘突扩凹腔性能的关键因素,突扩率为40%的突扩凹腔综合性能最优;凹腔长度和凹腔后缘倾角的变化对燃烧流场的影响均不大,最佳凹腔长度为凹腔前壁面深度的3~5倍,最佳后缘倾角为45°。