本文以超声速内外流干扰为研究对象,以计算方法的建立、验证及应用为主线,采用计算为主、实验为辅的研究方法,对超声速内外流的异质气体干扰特性、非定常喷流干扰控制与燃烧特性等方面开展了研究。发展了层流、湍流、化学非平衡流的统一算法,建立了数值模拟软件,完成了算法的数值验证。该算法的主要特征为:⑴基于多组分NS方程和Menter’s Shear-Stress Transport k ?ω两方程湍流模型,对流动项和化学反应生成源项进行解耦处理,有效解决了化学非平衡流计算中的刚性问题;⑵基于结构网格,采用有限差分法进行方程离散,流动项的时间离散采用Runge-Kutta法(避免了原算法中采用时间分裂法时对差分格式的限制),对流项离散采用NND-1或WAF格式,粘性项采用中心差分格式。数值验证表明:该算法具有较高的时空精度,非常适合对非定常流动尤其是非定常化学非平衡流动进行模拟。基于平面激光诱导荧光技术和纹影技术,设计并开展了异质喷流干扰的一个模型实验。模型实验表明:⑴采用平面激光诱导荧光技术和纹影技术相结合的实验技术,可以对喷流干扰流场进行有效的光学诊断,平面激光诱导荧光技术适合于异质喷流干扰的显示和测量;⑵喷流介质的物性参数(比热比和气体常数)对喷流干扰有重要影响。针对典型异质气体喷流干扰问题,开展了算法的应用。第一,数值模拟了固体火箭发动机尾喷流的干扰流场,分析了工程实验中防护板发生脱落的原因之一在于喷流的引射效应。第二,数值模拟了导弹横喷干扰流场,获得了典型工况下推力放大系数随横喷燃气比热比的关系曲线,建立了一种通过调整横喷总压来关联冷喷和热喷数据的方法。第三,数值模拟了典型超燃冲压发动机燃烧室内的横喷干扰流场,捕捉到了实验没有发现的横喷燃料沿下游运动并向凹腔扩散的非定常流动现象。以超燃实验中的脏空气效应问题为背景,设计了具有随机特性的脏空气来流条件下钝头体激波诱导振荡燃烧的算例,数值研究了来流随机扰动对非定常化学非平衡流的影响问题。在脏空气来流参数和飞行来流参数均值一致的前提下,对脏空气来流工况和飞行来流工况的计算结果进行有效对比,结果表明:当随机扰动最大相对偏差值小于5%时,脏空气来流的随机特性对流动的基本结构演变影响不大,但对流动参数随时间变化的细节有直接影响,且该影响呈无规则、非线性的随机态势。以超燃研究中的增强混合燃烧问题为背景,根据漩涡增强混合燃烧的流动机理,采用非定常流动控制技术,依托多个燃料加注喷嘴进行脉冲式喷注,设计了“新型超燃冲压发动机燃料交替脉冲喷注器”的方案,并对其在典型超燃冲压发动机中的应用特性进行了数值模拟研究。研究表明:采用燃料交替脉冲喷注器进行燃料加注时,燃料以团状进入燃烧室,在漩涡的作用下可充分与空气混合并高效地组织燃烧,可缩短燃烧的流向分布空间,从而有利于通过缩短隔离段和燃烧室的长度来减轻发动机重量。