高超声速飞行器在向更高马赫数和更强机动性发展，基于爆燃燃烧的传统动力技术难以满足这一需求。利用斜爆轰波进行燃烧组织的斜爆轰发动机因具有能量转换迅速、热循环效率高、飞行速域宽广等特点而引起越来越多的关注，是高超声速推进技术的前沿领域。研究人员借助近年来发展的计算流体力学方法，结合有限的实验结果和理论分析，在斜爆轰的流动与燃烧机理认识方面取得了进展。但目前斜爆轰发动机仍处于实验室研制状态，其工程化应用过程中需要关键基础科学理论的支撑。

   激波与化学反应的强耦合作用导致爆轰波本身具有极强的不稳定性特征，保证斜爆轰波在发动机燃烧室内稳定燃烧是其工程应用的关键。这涉及到两个关键问题：一是斜爆轰的起爆波系的稳定性特征；二是外界扰动作用下爆轰波面的燃烧组织。前者直接决定斜爆轰能否在燃烧室内驻定，后者则直接影响发动机的推进性能。本文面向斜爆轰波在高超声速推进系统中的应用，针对斜爆轰发动机所涉及到的关键流体力学问题，研究斜爆轰波的起爆结构的失稳特性和波面动态特征，相关的研究成果将为斜爆轰发动机燃烧室的设计和斜爆轰波的调控提供科学依据。主要研究内容和创新性成果如下：

1. 针对斜爆轰波起爆结构的多样性，通过引入气动参数、几何参数和化学参数来量化不同因素对起爆波系的影响，发现斜爆轰波起爆结构失稳后伴随着无规则、无衰减的振荡。通过分析爆轰内在失稳特性和化学反应敏感性之间的联系，确认起爆初始阶段形成的强解是低马赫数下斜爆轰起爆结构失稳的关键物理机制；
2. 针对起爆初始阶段斜爆轰局部流动的非均匀特性，重点分析起爆区附近强解形成的机理，提出关键特征参数来刻画斜爆轰波局部流动的化学非平衡特征，并结合爆轰极曲线理论建立斜爆轰起爆长度、起爆区波系类型的量化判据；
3. 针对斜爆轰波面胞格的失稳特性，通过引入功率谱密度分析方法，对波面压力时序信号的频谱特征进行分析，获得波面失稳的两种物理机制，揭示定常来流中斜激波与燃烧的耦合机理；
4. 针对强迫扰动作用下斜爆轰的波面动力学特征，通过监测波面位置的振荡信号并分析其频率特性，获得外界扰动对波面燃烧的作用规律，揭示强迫扰动作用下波面小尺度波系的演化机理。