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高超声速推进系统中，超燃冲压发动机以其高Ma数条件下的优良性能而倍受青睐。超燃冲压发动机燃烧室内来流速度快，驻留时间短，造成燃烧的不稳定因素多。利用实验手段对超燃冲压发动机燃烧室内部的研究存在设计制造周期长，代价较高并且无法获得时间空间上的细节信息。这就要求数值模拟研究在现有的计算平台上能够较为准确快速的对超燃冲压发动机燃烧室进行设计与研究。
目前的超燃冲压发动机燃烧模拟存在着计算燃烧流场花费机时较长，不利于工程化研究与设计等问题。本文在本实验室已有计算软件(CH3D)的基础上，从加速程序的RANS模块以及改进程序DES模块对网格的依赖性两方面入手，使得本实验室平台的程序更加适用于工程化的计算模拟。在对超燃冲压发动机燃烧室模型进行模拟的过程中，针对前处理喷孔网格过于复杂的问题，本文向程序引入射流喷孔的”injectionmap.dat”文件，简化了生成喷孔网格的过程，大大加快了网格处理的速度。为燃烧室内稳焰机理研究奠定了基础。
在此基础上，本文对超燃冲压发动机燃烧室模型进行定常与非定常数值模拟研究，根据非定常结果分析，定义了超燃冲压发动机燃烧室内的两种稳焰模式，捕捉到燃烧室内大范围燃烧震荡，通过稳焰模式的变化分析了预燃激波串(PCST)上传和下泄现象及机理，同时分析了不同阶段推力震荡的原因。利用稳焰机理，对燃烧室喷孔凹腔组合进行了数值模拟研究，得到一种释热分布较为平均的倾斜喷孔设计。利用稳焰机理，提出一种新型凹腔支板组合并对其进行初步数值模拟研究。
本文的主要研究成果如下:
1、在改进本实验室计算平台方面上:对CH3D软件代码进行了DPLR并行加速设计，使得软件计算效率较流行软件提高8-10倍;为CH3D软件添加了SST双方程湍流模型;考虑到已有DES模型开关函数判定对网格的依赖性，本文对DES湍流模型添加“延迟函数”;程序中引入射流喷孔数据的injectionmap.dat，加速了设计进程。
2、在稳焰机理方面:引入火焰锋面参数，分析燃烧稳定时两种不同的稳焰现象，定义了两种不同的稳焰模式---强模式和弱模式。研究讨论了PCST运动造成的燃烧室内大范围震荡、燃烧释热、射流预热、掺混，与凹腔剪切层位置之间的相互关系及其对燃烧模态转化的影响，并分析讨论了不同阶段推力震荡的原因。
3、在燃烧室改进方面:利用强模式稳焰特点，对给定本实验室发动机流道构型模型进行凹腔喷孔组合的设计，获得一种释热分布较为理想的倾斜喷孔凹腔组合设计，根据稳焰机理提出并初步研究了一种新型凹腔支板组合，获得较高的燃烧效率。
本文的意义主要在于有效加速了本实验室的计算软件，利用DDES方法捕捉燃烧中的大范围震荡，加深了对超燃冲压发动机燃烧室内流动现象与机理的认识，利用对稳焰机理的认识，对燃烧室模型燃烧组织方式进行改进，提出倾斜排列的喷孔阵列与一种新型凹腔支板组合，在给定构型的情况下有效的提高了燃烧效率。