气相爆轰波是一种由激波诱导产生的超声速燃烧波。利用爆轰燃烧释放的能量从而产生推力的爆轰发动机，具有释热速率快、热循环效率高的特点，可望应用于亚声速、超声速和高超声速等各种推进系统。目前，三种爆轰发动机得到了广泛关注，分别是脉冲爆轰发动机、旋转爆轰发动机和斜爆轰发动机。作为一种应用于高超声速推进的发动机，斜爆轰发动机利用楔面压缩产生的斜激波诱导燃烧，兼具爆轰发动机和超燃冲压发动机的优点。然而，以前对斜爆轰的研究多集中在对简化、理想状态的分析讨论，主要针对均匀混合来流、半无限长楔面诱导起爆的情况，而对在发动机中斜爆轰燃烧面临的复杂、真实问题，如非均匀来流、燃料特性对波系结构的影响规律，波后复杂波系对燃烧产物的作用等问题的研究较少。本文面向工程需求，建立简化模型并开展数值模拟，在以下几个方面取得进展：

1、来流条件对斜爆轰波的影响，包括非均匀混合和不同燃料的影响。首先，考虑发动机中非均匀混合的必然性，通过控制化学反应当量比，建立了壁面附近来流混合不均匀的高空来流模型。通过数值模拟发现这种情况下，与均匀来流情况相比，反应面形状的存在很大差异。本研究定义了起爆特征长度和爆轰波面位置，并分析讨论上述两物理元素其随当量比的变化而改变的规律。结果显示起爆区长度变化曲线为典型的“U”型曲线，而爆轰波面位置在富燃条件下随当量比的变化基本不变。通过分析上述现象产生的原因，揭示了非均匀来流中的斜爆轰起爆机理。其次，采用基元反应模型，研究了另一种爆轰研究常用燃料，即氩气稀释的乙炔氧气混合气体中，斜爆轰波的波系结构特征和起爆机理。结合化学动力学计算，分析了氢气起爆与乙炔起爆的诱导区长度区别，讨论了马赫数和初始压力对诱导区长度的影响。结果表明，在大比例（大于70%）氩气稀释的乙炔燃料斜爆轰中，存在着化学释热与能量的竞争关系，进而导致了不同氩气稀释下的诱导区长度近似相等。

2、有限长楔面诱导的斜爆轰波系结构。鉴于真实飞行状态中，发动机内用于诱导产生爆轰的楔面不可能满足无限长的条件，建立了爆轰波后气流在转角作用下再次膨胀的流动模型，研究了稀疏波对斜爆轰波起爆区的影响。结果表明稀疏波的位置非常关键，如果该位置比较靠近下游，则对起爆的影响很小；而随着稀疏波的位置前移，将逐渐导致无法起爆。更重要的是，发现不同的起爆区结构，如平滑起爆和突变起爆，对稀疏波的响应规律不同，导致了不同的“近熄爆”动力学结构和过程。此外，还研究了粘性边界层对斜爆轰波的作用，发现在平滑过渡中边界层的影响可以忽略，而在突变过渡中起爆点的大幅前移。其机制在于后者有横向激波与边界层的相互作用，在边界形成回流区，导致放热反应以及边界层厚度变大。

3、超声气流中钝头体诱导的斜爆轰波起爆。为了实现高空来流条件下的可靠起爆，探索了采用钝头体诱导斜爆轰波的流场。对球体诱导斜爆轰波的研究中发现，存在临界直径，如球体直径小于该值，马赫数的增加只会使流场出现激波与燃烧带解耦的情况，不会起爆。另一方面，研究了钝楔起爆的情况，发现在成功起爆的条件下，比直接用楔面进行起爆可用飞行马赫数范围大。基于起爆理论开展计算，获得了临界起爆直径预测公式，结果与数值模拟符合较好。