超高速鱼雷对特种水下推进系统的迫切需求推动了水冲压发动机技术的发展，目前国内主要进行高金属含量镁基燃料水冲压发动机的研究工作。随着镁基燃料中金属镁含量的增加发动机性能显著提高，而金属镁在水蒸气中的燃烧性能在很大程度上影响着发动机的性能。因此开展镁颗粒在水蒸气中的着火和燃烧特性研究对探索水冲压发动机内部燃烧组织方法，实现燃料持续稳定高效燃烧具有重要意义。基于对国内外镁颗粒着火和燃烧过程的理论和试验研究的归纳总结，确定了试验过程中的可测参数，并设计了镁颗粒在水蒸气环境中着火与燃烧试验测量手段。采用微细热电偶获得了着火阶段镁颗粒的温度变化，利用红外测温仪测量燃烧阶段火焰温度，利用摄像机和数码相机加滤光片和衰减片的方式观测着火阶段和燃烧阶段镁颗粒表面的细节变化和火焰特征。开展了水蒸气中镁颗粒着火过程的理论和试验研究。采用气固反应基本理论分析了镁颗粒着火阶段表面氧化反应的宏观过程，描述了着火前表面氧化层的增长；从弹性力学的角度分析了着火阶段氧化层破裂过程、表面形态变化和火星闪现现象；采用集总参数法分析了着火过程中镁颗粒的能量平衡关系，导出了其着火数学模型；开展了镁颗粒在水蒸气中的着火试验，观察到了着火前颗粒表面形态变化，结合理论探索了其着火机理，获得了水蒸气中镁颗粒的着火温度。开展了水蒸气中镁颗粒燃烧过程的理论和试验研究。分析了气相氧化产物在颗粒表面的凝结，初步讨论了燃烧过程中颗粒表面氧化层对燃烧过程的影响，建立了水蒸气中镁颗粒燃烧数学模型；进行了镁颗粒在水蒸气中的燃烧试验，观察到了燃烧过程中氧化镁在颗粒表面凝结现象和气相燃烧火焰特征，分析了燃烧产物的物理结构特征；利用燃烧数学模型对试验工况进行数值计算分析，结果表明模型能较准确地预测镁颗粒在水蒸气环境中燃烧特性。初步分析了气相氧化镁在颗粒表面凝结对镁颗粒在水蒸气中燃烧特性的影响和环境因素对燃烧特性的影响，其结果表明，气相氧化镁在颗粒表面凝结对镁的蒸发速率、颗粒温度、火焰温度和火焰面半径均有不同程度的影响；环境温度、环境压力和水蒸气浓度对镁的蒸发速率、颗粒温度和火焰温度均有不同程度的影响，但对火焰面半径的影响较小。