气膜冷却作为一种先进的外部冷却技术,被广泛应用于保护燃气轮机和航空发动机的涡轮、燃烧室等核心部件。从压气机引入的冷却空气通过气膜孔喷出后附着在高温部件表面,形成一层薄薄的气膜以隔离高温燃气,防止部件被烧蚀或熔化。毫无疑问,冷却气膜的稳定覆盖是实现发动机高效冷却的关键。然而在真实的发动机中,由于燃烧室内的燃烧不稳定或者涡轮动静叶相互干涉,覆盖在高温部件表面的气膜将表现出强烈的非定常性。基于快响应压敏漆（fast-response pressure sensitive paint,Fast-PSP）技术,本文研究了圆孔在周期性振荡来流下的气膜冷却时空演变规律,先后获得了单个和双排孔的高精度、高分辨率的瞬态、时均以及相均气膜冷却效率。此外,针对单个圆孔,本文运用本征正交分解（proper orthogonal decomposition,POD）和动力学模态分解（dynamic mode decomposition,DMD）分析了非定常气膜冷却效率与流场相干结构之间的关系;针对双排圆孔,本文运用粒子图像测速（particle image velocimetry,PIV）技术研究了非定常主流下主流与冷气的相互作用。研究表明:对于单个圆孔,时均冷却效率随着主流振荡频率的增加而单调减少。当吹风比为0.4,振荡频率f=20 Hz,冷却效率减少20～30%。同时,气膜覆盖的不稳定性加剧,尤其是在近孔区域,测得相均气膜冷效随主流相位变化呈现周期性的伸缩现象。这一现象与横向流射流（jet in cross flow,JICF）中相关的湍流漩涡结构（马蹄形涡和反向涡对）紧密相关:随着振荡频率增加,大尺度涡结构对气膜冷却效率的影响降低,而小尺度的近孔结构对气膜冷却效率的影响增强。对于双排圆孔气膜冷却,随着主流振荡频率增加,在低吹风比0.4时,时均气膜冷却效率会单调减少,f=25 Hz时降低了20～30%;而在高吹风比0.8时,冷却效率会先减少后增加,f=25 Hz时近孔区域的增量可达50%。由于双排气膜孔的相互干涉,错列排布的气膜冷却呈现出与单个圆孔相似的时空演变特征;但是并列排布的气膜冷却表现出不一样的动态特性:在第一排孔保护下,第二排孔的气膜覆盖更加稳定。高精度PIV的测量结果表明,振荡的主流会影响冷气射流的喷出特性,使得冷气贴壁呈现周期性的动态变化,时而贴近壁面时而远离壁面,导致气膜冷却效率分布的动态变化。