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超声速气流中爆震波与边界层相互作用(DWBLI)是斜爆震发动机(ODE)燃烧室中的重要流动和燃烧机制,能够显著影响斜爆震局部燃烧及驻定特性,进而影响发动机整体性能。由于ODE尚处在概念阶段,人们对DWBLI的认识程度远远不及激波与边界层的相互作用(SWBLI)。本文通过理论分析、数值模拟和实验相结合的方法,系统研究了DWBLI机理。首先,开展了无粘超声速气流中斜爆震反射研究。分析了考虑变比热比的斜爆震基本关系式以及爆震极曲线,确认了放热量和波前、波后比热比对爆震极曲线的影响规律;运用双波及三波理论讨论了斜爆震反射的极曲线表示,并结合数值模拟确认了斜爆震反射的规则反射区、马赫反射区和双解区以及双解区内规则反射的不稳定性和反射迟滞现象。指出在受限空间中,斜爆震在壁面的反射使其驻定范围小于理论驻定范围。讨论了双波及三波理论在爆震反射研究中的适用性,指出该理论所具有的局限性在于理论所基于的爆震波单锋模型假设与真实爆震波非单锋性之间存在偏差。只有当爆震波后接近化学平衡极限时,单锋模型才近似成立,从而双波及三波理论近似成立,而当爆震波后是化学非平衡流时,单锋模型不再成立,运用双波及三波理论将产生显著偏差。随后,研究了考虑粘性的入射斜爆震波的反射及与边界层相互作用。分析了DWBLI流场的波系特性,指出可能存在的流场波系组合,并分别进行了数值模拟研究。结果表明逆压梯度和边界层化学反应放热共同影响DWBLI流场的分离区尺度。分离区中的化学反应放热使分离区尺度增大,且分离点附近的边界层流动成为非等熵流。因此,DWBLI流场的分离区平台压力不能通过自由相互作用理论准确预测。分离波的类型(激波或爆震波)会影响分离区平台压力和分离区尺度。当分离波分别为爆震波和激波时,前者的分离区平台压力高于后者,原因在于前者分离区中化学反应更剧烈,非等熵性更强;分离区尺度则是前者小于后者,原因在于前者较高的分离区压力为边界层提供了更强的抵抗流场总逆压梯度的能力。研究了粘性条件下斜爆震的反射迟滞现象。通过极曲线分析,表明有粘条件下的斜爆震反射流场解与无粘条件下存在显著不同,且不同类型的分离波将导致不同的反射流场解。在数值模拟中,来流湍流强度对基于RANS方法模拟的斜爆震反射迟滞现象具有重要影响。当来流湍流强度较低或来流为层流流态时,数值模拟能够获得斜爆震反射迟滞现象。而当来流湍流强度较高时,数值模拟无法得到反射迟滞现象,即通过改变来流马赫数,规则反射和马赫反射以连续的方式相互转变。这一现象是否符合物理实际,有待进一步实验验证。接着,研究了斜坡诱导下的斜爆震波与边界层的相互作用(RDWBLI)。分析了在高焓超声速预混风洞中控制斜爆震起爆的关键参数,并通过实验发现来流马赫数及温度对斜爆震起爆具有正、反双重作用。发现来流边界层效应能够显著改变斜爆震波的形态。当边界层分离区尺度较小时,斜爆震波呈突跃型;当分离区尺度较大时,斜爆震波呈平滑型;当分离区尺度中等时,斜爆震波呈间歇突跃型。来流边界层效应对斜爆震驻定形态的影响也通过数值模拟得到了验证。此外,还对比了斜坡诱导下的斜爆震波和入射斜爆震波与边界层相互作用流场的异同,发现当分离波类型相同时,两种流场才具有相似性。最后,研究了其它类型剪切流动中爆震的起爆和传播特性。分析了斜爆震波与凹腔剪切层相互作用流场特性,表明凹腔剪切层再附后产生的斜爆震具有双滑移线结构。研究了非均匀来流中斜爆震的起爆和驻定特性。结果表明斜爆震波在非均匀来流中表现出了良好的适应性,可实现起爆和稳定驻定。这使斜爆震发动机对来流均匀性的要求降低,对其在高超声速条件下的工作是十分有利的。此外,本文还数值验证了超声速气流中过膨胀激波诱导起爆的可行性。随着反压的增大,过膨胀激波诱导起爆后的爆震波的初始传播速度也逐渐增大,在随后的传播过程中,爆震波传播速度迅速衰减。