旋转爆震燃烧具有循环效率高、能量释放速率快以及燃烧距离短等优点,将之应用于火箭发动机或航空发动机中可有效降低燃烧室长度与系统复杂性。为深入了解旋转爆震发动机工作特点,本文结合实验与数值模拟对旋转爆震波传播特性、自适应传播能力、传播模态及其控制、速度亏损等方面进行了研究。论文研究了质量流率与当量比对旋转爆震波传播特性的影响,揭示了氢气/空气的喷注动量通量比与波速变化趋势的内在联系;非预混喷注结构导致波前反应物的高度以及混合均匀性同时依赖于氢气与空气的质量流率,三维数值模拟结果显示氢气在燃烧室径向上的分布存在明显分层现象;当量比较小时,反应物高度与化学活性均较低,导致旋转爆震波出现不稳定传播现象;增加质量流率与当量比可同时提高旋转爆震波速、瞬时压力与离子信号峰值,增强旋转爆震波传播稳定性。系统研究了燃烧室内单波与同向多波模态相互转变的影响因素,发现波前反应物高度与表征反应物活性的特征尺寸的比值是决定燃烧室内波头数的主要参数,且同向多波模态通常出现在比值较高的工况下。改变质量流率、当量比、燃烧室宽度以及背压影响波前反应物有效高度,而空气喷注环缝、当量比以及背压则决定反应物的化学活性。结合瞬时压力信号与尾部高速摄影对质量流率增加导致的单双波模态转变过程进行了分析;数值模拟揭示了背压对临界条件下双波自持传播的促进作用。针对爆震产物过膨胀导致的斜激波现象,分析了斜激波对流场结构的影响,建立了比拟旋转爆震流场的喷管流动模型。结果表明,增加喷注面积比、总压与背压的比值或减小燃烧室直径可降低或消除燃烧产物过膨胀现象;在低质量流率条件下,增加燃烧室长度使得发动机由稳定单波转变为双波对撞模态,数值模拟揭示了燃烧室长度增加对双波对撞现象的触发机制。具体分析了高出口阻塞比条件下的轴向脉冲爆震波传播过程及其速度特性,发现增加燃烧室长度可降低轴向脉冲爆震现象出现的临界当量比。研究了旋转爆震波的自适应传播能力,在较宽的初始当量比且当量比变化幅值较大的实验条件下获得了连续自持传播的旋转爆震波,数值验证了改变当量比实现推力大小调节的可行性;实验通过调节燃料供给量实现了发动机单/双波模态的可控转变,并数值模拟了改变当量比导致单双波模态转变的具体过程及触发机制;此外,通过改变燃烧室长度与当量比实现了旋转爆震发动机切向与轴向工作模态的可控转变。分析了旋转爆震波速度亏损以及燃烧室内的低速爆震现象,分别对燃料与氧化剂混合不均匀性、反应区侧向膨胀以及内外壁曲率不一致进行了对比。计算结果表明,在质量流率较大的工况下,非预混喷注、预混喷注的计算速度与实验波速接近;混合均匀性是决定低质量流率条件下旋转爆震波自持传播的关键因素。侧向膨胀对旋转爆震波速度亏损的影响较为显著;基于修正的ZND模型建立了爆震波速与高度之间的关系,并给出了旋转爆震波临界传播高度。内外壁曲率差异导致旋转爆震波出现约6-7%的速度亏损,燃料的不均匀分布将加剧爆震波的速度衰减。