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超声速引射器在研究化学激光器压力恢复系统、火箭发动机高空试车台真空系统和高超声速吸气推进地面试验系统等领域具有重要的研究价值和广泛的应用前景。本文以预冷器和预冷引射系统为研究对象，从理论分析、数值仿真和试验研究三方面展开。 首先，研究了预冷引射系统的设计方法和性能参数变化规律，建立了预冷引射系统优化设计流程，能够用来设计最优的预冷引射系统几何参数和引射气流参数。 然后，分析了预冷器的设计过程、换热和流阻特性，研究结果表明：预冷器工程设计方法得到的流动和换热参数与一维计算得到的数据基本吻合；低温冷却剂在换热过程中发生的沸腾换热现象能够大幅度提高预冷器换热能力；合理选择换热管排数目、适当降低燃气总温、燃气入口流量以及冷却剂入口流量，有助于提高换热效率。 最后，研究了预冷引射系统性能的影响规律，研究结果表明：对于固定构型的引射器，过低的引射气流总压会导致激波串推进到混合室，而引射系数在激波串推进到混合室前某一位置会达到最大值；提高二次流总压会增大对引射气流的约束作用，可能导致引射气流回流；降低二次流总温可以增大引射器的最大引射系数，提高临界出口压力，增大引射器的适用范围。