连续旋转爆轰发动机是一种有重要应用前景的新型航空航天发动机。由于具有只需一次点火、热效率高、结构简单等优点，近年来受到各国学者的广泛关注。虽然已有的数值研究在宏观上给出了连续旋转爆轰的流场结构，但对于可燃混合物喷入燃烧室后的燃烧和喷出过程还没有详尽的探寻。关于连续旋转爆轰的热力学循环过程和热效率，迄今没有定量的分析结果。此外，连续旋转爆轰流场的波系结构十分复杂，燃烧室头部的激波反射现象还没有被系统地研究过。本文恰恰是针对以上前沿科学问题开展的研究工作，提出一种新的分析连续旋转爆轰流场和描述其热力学过程的方法（粒子跟踪法）。定量给出连续旋转爆轰发动机的热力学过程示功图（p-v曲线）和示热图（T-s曲线），进而计算出循环净功和热效率。此外，深入研究了连续旋转爆轰发动机燃烧室头部的激波反射现象，该现象解释了实验中一直不明原因的压强信号双波峰现象。　　本文主要研究内容和结论如下:　　一、全面综述了连续旋转爆轰发动机近几年的研究进展。理论推导了理想Brayton、Humphrey、F-J和ZND模型的热力学循环过程。详细介绍了本文数值模拟采用的控制方程、化学反应模型、数值格式，以及连续旋转爆轰发动机圆环腔燃烧室的各边界上的边界条件设置准则。验证了数值方法、化学反应模型的可靠性和网格的收敛性。　　二、在连续旋转爆轰发动机二维燃烧室中，跟踪新喷入燃烧室的流体粒子，分析它们从喷入燃烧室，经燃烧、膨胀，直至喷出燃烧室的详细历经过程。分析流场中各波系对粒子轨迹的影响。通过上述方法研究发现:粒子喷入燃烧室，经爆轰波或流场中的高温产物燃烧后，几乎直接沿轴向迅速喷出产生推力。它们的轨迹沿圆周方向的波动很小。粒子与爆轰波或斜激波相遇时，轨迹发生偏转。通过粒子跟踪法，定量给出非爆轰的新鲜气体占所有喷入燃烧室气体的比例。通过数值模拟得到的p-v曲线和T-s曲线，计算连续旋转爆轰发动机的热力学循环净功和热效率。当燃烧室半径为1 cm，长度5 cm，喷注总压为30 atm时，大约有56.7％的新鲜气体会被爆轰波燃烧。整个CRDE的平均热力学循环效率为26.4％，被爆轰波燃烧的粒子的平均热效率为31％。　　三、将粒子跟踪法应用于三维CRDE的数值模拟中，比较不同环面上的不进气比例、被爆轰波燃烧的气体所占的比例等参数，并比较同尺寸下的三维中间层环面上与二维燃烧室内的流场。当三维中间层环面和二维燃烧室半径均为4.5cm时，二维流场中预混可燃物可在整个进气壁面喷入，有39.4％的新鲜气体会被流场中的高温产物燃烧。而在三维中间层环面上，进气壁上有2.4％的区域由于爆轰波后的高压区可燃物无法喷入燃烧室，有大约12.7％的新鲜气体会被流场中的高温产物燃烧，其余被爆轰波燃烧。　　四、分析轨迹沿周向及半径方向的三维现象，系统地比较三维和二维流场中的粒子轨迹和热力学过程。并将数值模拟得到的热力学循环过程与三种爆轰的理想热力学循环模型进行对比分析。实际爆轰的热力学过程刚好介于理想F-J循环和ZND循环之间。当三维燃烧室中间层环面和二维燃烧室半径均为4.5 cm时，二维计算得到的循环净功和热效率分别为1.2 MJ/kg和30.9％，三维计算得中间层环面上的循环净功和热效率分别为1.5 MJ/kg和34.6％。在三维燃烧室中，随着环面半径的增大，循环净功基本保持不变，循环热效率略有增大。数值计算得到的热效率大于理想Humphrey和F-J循环，小于理想ZND循环。　　五、通过广义坐标系下三维数值模拟，探讨燃烧室厚度、长度、尾喷管、半径，以及喷注总压对头部激波反射结构的影响。随着燃烧室厚度的增大，连续旋转爆轰流场在内、外壁面上的差异越来越大。在燃烧室内、外壁面之间激波多次被反射，正规反射和马赫反射形式同时存在。马赫杆的长度随着燃烧室长度的增加而增加。燃烧室环腔厚度与燃烧室内半径之比越大，燃烧室头部的激波反射次数越少。在环腔厚度一定的情况下，曲率越小，激波反射次数越多。燃烧室头部的激波反射现象受喷注参数影响很小，受燃烧室尺寸影响较大。数值模拟得到的压强双波峰信号与实验结果定性符合，激波反射现象的发现解释了实验研究中一直不明原因的压强信号的双波峰现象。　　六、研究了燃烧室尺寸和喷注参数对连续旋转爆轰波波头高度和推进性能的影响。随着燃烧室厚度的增大，推力线性增大，基于燃料的比冲和外壁面上爆轰波高度基本保持不变。随着燃烧室长度的增大，推力和比冲基本不变，即燃烧室长度对推进性能的影响不大。环腔厚度一定时，随着燃烧室内半径的增大，推力和外壁面上的爆轰波高度明显增大，比冲几乎不变。随着喷注总压的增大，比冲和爆轰波面高度变化很小，推力线性增大。