液体燃料的高效喷注与可控雾化是决定超燃冲压发动机燃烧室掺混效率、释热分布及燃烧稳定性的关键。在宽域飞行条件下，发动机面临来流条件的宽范围变化，导致传统雾化方式难以满足宽域燃烧的严苛需求。挑战本质源于宽域燃烧对雾化系统提出的更高需求：在强瞬变流场中实现雾化液滴粒径与空间分布的快速动态响应，以及在高、低速域下兼顾喷雾掺混与液滴蒸发的平衡。气体辅助雾化技术凭借其气液质量流量比（GLR）主动可调的独特优势，为解决宽域燃烧难题提供了新方案。为此，本文以气体辅助雾化为主要研究对象，围绕双流体喷雾的雾化特性和雾化质量的影响因素，以及基于气体辅助雾化的超声速燃烧性能调控与燃烧强化开展了系列研究。

基于内气-外液型气体辅助雾化喷嘴，结合阴影成像与相位多普勒粒子分析（PDPA）技术，研究发现喷雾锥角随GLR线性增加，液滴粒径由湍流破碎、液滴融合及气核卷吸三者的竞争结果决定。液滴在高速气流中发生湍流破碎，雾化液滴粒径满足对数正态分布，而液滴速度分布在低GLR时符合正态分布，高GLR时因气核主导动量传递而趋近对数正态分布。对于一次雾化过程，初始环状液膜在流向Kelvin-Helmholtz不稳定性与展向Rayleigh-Taylor不稳定性的耦合作用下发生级联破碎，液滴粒径与初始液膜厚度正相关。基于中心气体壅塞流动理论构建液膜厚度预测模型，阐明了喷注压力增加导致中心气体收缩、液膜厚度增加，进而导致雾化液滴粒径增加，但雾化效率提高的物理机制。

进一步系统研究了喷嘴出口截面形状和辅助气体的温度对雾化特性的影响。结果表明在相同截面积下，正方形截面的喷雾锥角较圆截面增大15%到20%，液滴平均粒径降低约25%，主要源于角区诱导的强湍流扰动与液膜失稳波长减小。矩形截面喷雾在短轴方向呈现更大锥角，其空间分布特性与气体射流中的轴向转换现象相似，证实环状流态下喷雾形态主要由中心气体动力学主导。此外，辅助气体温度对雾化特性的影响研究表明，气体温度升高有助于提高喷嘴出口的气体声速从而增强气液剪切与喷雾远场的动量交换，雾化液滴平均粒径减小约20%，而液相温度与表面张力的变化可忽略，为高温环境下的雾化优化提供了理论依据。此外，还总结了内气-外液型气体辅助雾化喷嘴的流量-压降特性。

在此基础上，在马赫数为2.5、总温为1580 K、总压为0.93 MPa的来流条件下，进行了空气辅助雾化液态煤油的超声速燃烧实验。通过CH*化学发光识别超声速燃烧的反应区，研究了不同GLR条件下煤油的超声速燃烧特性以及火焰稳定模式。结果表明空气辅助雾化通过改变雾化气体的质量流量，可实现常温液态煤油的稳定燃烧，气体辅助雾化拓宽了液态煤油的稳焰极限。本研究首次发现，通过调节雾化气体的质量流量，可以同时调整雾化质量和喷雾的穿透深度，从而实现对超燃冲压发动机稳焰模式的定向调控。此外，全面考察了煤油在来流总温1200 K到1600 K条件下不同当量比的燃烧特性，得到了不同工况下的燃烧模式分区图。

最后，创新地提出氧气辅助雾化策略，通过雾化增强与氧化路径调控的协同作用，实现了超声速燃烧性能的提升。在GLR = 10%的条件下，氧气辅助雾化使燃烧室释热峰值位置前移、燃烧强度大幅提升。推力增益较空气辅助雾化提高23.7%（GLR = 10%）、18.7%（GLR = 14%）与17.6%（GLR = 20%）。CH*化学发光结果表明，氧气辅助雾化通过局部富氧环境优化反应路径，促进中间产物（如CH*与C2*）的生成与消耗，缩短煤油的点火延迟时间。然而，在局部低温区域，氧气易与H、OH自由基结合生成HO₂，抑制链式反应活性。研究证实，雾化-氧化协同方法通过调控燃料空间分布与局部化学当量比，显著提升燃烧室整体性能，为宽域超声速燃烧组织尤其是超短距高效燃烧提供了关键的技术储备。