本文以超燃冲压发动机中燃烧室壁面燃料喷注为背景,采用大涡数值模拟和NPLS、PIV、SPIV等非接触式光学测量实验手段对超声速来流条件下壁面气体喷注过程中的流动、混合以及控制问题开展研究。首先研究了超声速来流条件下壁面垂直喷注过程中流场结构、喷注近场大尺度涡结构及其演化过程,发现在喷注近场存在类似于亚声速来流下低速喷注流场中的典型涡结构——前沿涡和悬挂涡,前沿涡周期性卷起向主流中输送喷注气体微团,悬挂涡在下游的发展过程中逐渐发展成反转涡对;改变喷注角度和喷注气体后,喷注近场仍然存在这两种涡结构,但喷注羽流的剪切层状态却存在明显变化,较小喷注角度和较小分子量喷注气体形成的羽流剪切层中大尺度结构的尺度会减小,羽流穿透深度会降低,这是由于小喷注角度和小分子量的喷注气体会造成羽流剪切层中对流马赫数的增大,从而抑制了剪切层的增长。随后,在保证流量不变的情况下对沿流向布置的双孔喷注流场进行了研究。研究中发现孔间距会对双孔喷注羽流的穿透深度以及展向分布产生影响,这是由于孔间距的改变造成了上游喷孔形成的羽流中动量和反转涡对状态不同所导致的;孔间距较小情况下,流场中流动损失小,喷注羽流穿透深度较低,混合效果较差,孔间距较大情况下,流场中流动损失大,喷注羽流穿透深度较高,混合效果较好;上游喷孔喷注角度的减小对喷注羽流的穿透深度和混合效果影响有限,却可以明显的降低流场中的总压损失。然后基于壁面喷注研究,在喷孔上游加入了微型三角翼涡流发生器对喷注羽流进行控制。类似与双孔喷注流场,涡流发生器产生的低动量且含有反转涡对的尾迹加强了下游喷注羽流的穿透深度和混合效果,其中涡流发生器尾迹中低动量这一因素对喷注羽流穿透深度的提高仅限于喷孔附近,而涡流发生器尾迹中反转涡对这一因素对反转涡对的提高作用却可以在一段距离内持续保持。最后,在改变涡流发生器和喷孔之间的距离后,发现在涡流发生器下游存在一个最佳的喷注位置能够实现最大的穿透深度和最佳的混合效果;相对于仅有一个涡流发生器的喷注方案而言,两个涡流发生器沿流向布置对喷注羽流的穿透深度有轻微的提升效果,而展向布置却会明显抑制羽流的穿透效果。