爆轰燃烧是一种激波与化学反应强耦合的极端燃烧，具有自持超声速传播、自增压燃烧、能量转化迅速等特点。同时，爆轰波是把双刃剑，工业上的诸多爆炸灾害都由爆轰波所主导，造成严重的破坏及人员经济损失，所以要抑制它的传播。除此之外，通过合理控制爆轰波，也可以让其服务于工程应用，如爆轰驱动的激波风洞技术和基于爆轰燃烧的高超声速推进技术。然而，无论是从抑制爆轰波的角度还是利用爆轰波的角度，都要较为精准地调控它。因此需要对爆轰波传播特性有一个非常系统的认识。

由于激波耦合强烈的化学反应，不稳定性成为了爆轰波的一种重要属性，它受内在因素和外在因素的影响，分别表现在波面失稳产生的小尺度三波点结构这一细观特征，以及热壅塞造成的波面整体结构失稳这一宏观特征。所以，本文以气相爆轰波面失稳产生的复杂波系结构为研究对象，探究其之间的相互作用及其对爆轰波传播稳定性的影响。从细观的波面小尺度三波点结构到宏观的反射现象带来的多波结构，较为系统地阐释了爆轰波稳定性的影响因素及规律。主要研究内容如下：

（1）数值研究了气相正爆轰波和斜爆轰波微观三波点结构稳定性及其影响机制。研究发现，化学反应生成物/反应物摩尔质量比是影响胞格爆轰波传播模式和胞格演化特征的关键因素。求解CJ（Chapman‒Jouguet）爆轰参数及稳态ZND（Zeldovich–von Neumann–Döring）爆轰结构并引入热声不稳定理论进行分析，发现声学反馈循环以及对流-声学反馈循环的扰动传播频率是影响胞格爆轰波稳定性的关键因素。对斜爆轰波微观三波点结构稳定性机理的研究发现，斜爆轰波面切向流动速度对波面上小尺度的波结构有重要的影响。数值发现除了传统的向下游传播的三波点，斜爆轰波中还存在向上游传播以及能驻定在波面上的稳态三波点。基于斜爆轰波面切向流动速度和波面横波传播速度两个关键的物理量，提出了一种定量判别波面三波点传播模式的方法。

（2）研究层状非均匀介质反应层和非反应层厚度等几何参数以及非反应层气体温度和摩尔质量等物性参数对爆轰波稳定性的影响机制。增加反应层厚度H_R或减小非反应层厚度H_I有利于爆轰波传播，由此提出了一个关键控制参数H_I/H_R。随着 H_I/H_R增大，爆轰波由稳定传播向伴随着解耦再起爆现象的不稳定传播过渡，最终爆轰波解耦。在不稳定阶段，波面横波和燃烧压缩波诱导的热点对再起爆至关重要。增加非反应层温度T_I或降低其摩尔质量W_I，发现爆轰波存在胞格爆轰波，马赫反射型胞格爆轰波，马赫反射型平面爆轰波以及解耦爆轰波四种传播模式。推导出了一个关键的无量纲参数η，控制爆轰波面形状及波速。由T_I和W_I变化引起的波面凹凸度和平均波速的变化可以用η很好地进行统一。发现了η较低时对应的马赫反射型平面爆轰波存在稳态过驱的高速传播现象，引入流管收缩理论可以对此进行很好地解释。

（3）研究了欠驱状态下的斜爆轰波流场结构并构建了两种斜爆轰波反射转变准则。研究发现，斜爆轰波理论推导所得的欠驱状态下的传统数学解没有物理意义，其有物理意义的解是一道处于CJ状态的斜爆轰波，其后跟随一系列的膨胀波，且在远场观点下，此膨胀波可视为一道Prandtl−Meyer（PM）中心膨胀波， 由此提出了CJ/PM理论以修正欠驱斜爆轰波的数学解，并将其应用到斜激波入射-斜爆轰反射的转变准则求解中。随后构建了斜爆轰入射-斜激波反射理论并求解了相应的转变准则。使用新提出的CJ/PM理论对欠驱状态斜爆轰的脱体准则进行了修正，发现原来对应于欠驱斜爆轰部分的脱体准则消失，其状态均为马赫反射。进一步研究了膨胀波对脱体准则的影响，发现脱体角度会随膨胀波影响程度的增大而增大。最后引入了特征线法，定量求解了膨胀波作用下斜爆轰波后不同位置的参数，并构建了膨胀波影响下的脱体准则。