本文以并联凹腔超声速燃烧室中的燃烧流动为研究背景,结合实验、数值仿真及理论分析对并联凹腔上游气态乙烯横向射流的喷注混合及火焰稳定与传播过程进行了研究。文章重点分析了地面实验来流Ma2.92,中低全局当量比工况下燃烧室出现的火焰不稳定低频振荡现象及其影响因素,并依据燃烧理论中火焰的稳定与传播基本原理,提出了一种可能的火焰振荡过程机制。文章通过实验研究了燃料/空气全局当量比以及燃料喷注压力等对火焰不稳定的影响,结果表明在中低当量比条件下核心流依然为超声速,预燃激波串在燃烧释热产生的背压作用下向上游移动并偏离流道中心,诱导边界层分离形成非对称的分离区,使得两侧射流喷注混合状态改变。大分离区一侧的射流穿透度大,火焰呈凹腔辅助的射流尾迹稳焰;另一侧分离流再附,火焰在超声速主流的冲刷下呈凹腔剪切层稳焰模式。流动与燃烧非定常性强,火焰稳定模式在射流尾迹稳焰与凹腔剪切层稳焰间发生间歇性非定常转换。大分离区内的射流在来流剪切作用下形成大涡结构卷吸空气与燃料进行不充分混合,形成了破碎的部分预混火焰,小分离侧射流横向发展受到超声速主流的抑制,在凹腔剪切层中形成相对稳定的部分预混火焰。实验与数值仿真结果表明大分离区一侧的火焰是不稳定的。分离区内气流速度为亚声速,高动量射流近乎垂直于来流,射流尾迹因燃烧背压被抬升,与凹腔相互作用减弱。同时射流处破碎的薄火焰因燃料/空气混合不充分,燃烧不完全使得火焰温度不高,射流迎风面较强的湍流耗散及大剪切应变率使火焰难以稳定,易被吹熄。燃烧强度减弱造成分离区收缩并向下游运动,射流穿透度降低,其与凹腔相互作用再次增强,使燃料的混合状态得到改善。经过一段时间剪切层火焰燃烧强度逐渐增强而使分离区向上游扩张发展,火焰能够逆传。燃烧室中不断地重复上述的火焰吹熄-逆传过程形成低频的火焰振荡过程。一方面燃烧背压影响着激波串和分离区等流场结构,另一方面湍流脉动,湍流耗散以及燃料/空气混合状态的变化对火焰的稳定与传播带来扰动。高速流动中燃烧与流动的时间特征尺度更加接近,超声速燃烧比传统亚声速燃烧更容易表现出非定常效应明显的火焰振荡现象。