论文以提高双燃烧室冲压发动机(DCR)中中心富燃燃气与边区空气的掺混效率为研究背景,以DCR中超声速混合层为研究对象,综合采用了纳米粒子平面激光散射(NPLS)技术、粒子图像测速(PIV)技术以及大涡模拟(LES)方法,对不同振动条件下超声速混合层的流场结构和掺混特性进行分析研究。论文从理论分析、实验研究以及数值仿真三个方面综述了国内外关于超声速混合层流动的研究进展,在此基础上分析了主动控制技术和被动控制技术等混合增强方法的特点。最后,对通过振动诱导来实现流动控制的研究现状进行分析。结合国内外关于振动诱导混合增强的最新研究成果,设计了用于开展实验的悬臂结构试验件,试验件与双喷管刚性连接。整个实验在超声速吸气式混合层风洞中进行,为了保证得到精细的流场结构,对超声速混合层风洞进行了流场校测,得到上下两层的实际来流马赫数分别为2.12和3.18,对流马赫数为0.22。采用可控振动系统激励双喷管后的薄平板结构,控制薄平板的频率和振幅,结合边缘检测技术研究了超声速混合层大尺度结构的发展和演化规律。采用动网格技术描述弹性薄平板的运动,采用大涡模拟方法对流动过程进行数模模拟分析。采用NPLS观测系统获得了不同振动条件下流动的精细结构,对超声速混合层流动结构典型特征的研究发现:超声速混合层的演化经历了层流区、转捩区以及完全湍流区三个流动区域。同时,施加强迫振动并没有显著改变流场中大尺度结构向下游运动时“快运动、慢变化”的流动特性。此外,不同振动下流动的精细结构直观的表明:强迫振动对超声速混合层的流场结构和掺混特性有重要影响。与无振动下相比,强迫振动显著增强了混合层的三维特性,流动的失稳位置提前,卷起的展向涡尺度变大,加快上下两层流动的混合。通过对比无振动和振动频率为4000Hz条件下展向结构的精细图像,发现无振动下展向结构的三维特性更加突出,而施加频率为4000Hz的高频振动时,展向结构变得相对有序,并呈现出黑白相间的条带状结构。此外,实验清晰的捕捉到了展向结构中存在的羊角涡拟序结构。PIV技术获得了不同振动条件下流动的速度场分布,结果表明:施加强迫振动并没有显著改变混合层的流向速度的分布,但是对横向速度的分布有较大的影响,有效的增大了横向速度值。一般来讲,横向速度值越大,大尺度涡结构的卷吸能力更强,上下两层来流的动量和标量混合的越充分。最后分析了强迫振动对混合层流动掺混特性的影响。结合了实验与数值仿真,采用边缘检测、伪彩色处理以及分形维数分析等图像处理技术,定义并使用了超声速混合层增长速度、动量厚度、标量混合度以及混合层涡量厚度的指标评估了混合特性。相比于无振动,强迫振动能够增加混合层的涡量厚度,提高混合层增长速度和动量厚度,从而显著增强混合。此外,随着振动频率的提高,标量混合的效果显著增强。同时,不同振动条件下流场的标量混合度沿流向基本呈线性变化的趋势。强迫振动尤其是高频振动下诱导激发的大尺度展向涡有效的增强了上下两层来流的掺混,促进了流动的混合。