宽马赫数运行是未来超燃冲压发动机发展的必然需求。超燃冲压发动机在低马赫数下受到不起动边界的限制,在飞行马赫数较高时又受到燃烧室的材料的最大可承受温度和气体高温解离的限制;在低马赫数加速阶段要求冲压发动机具有足够大的推力,在巡航阶段需要提高发动机的经济性,因此研究如何使得冲压发动机能够在宽马赫数范围内高效运行十分必要。针对超燃冲压发动机宽马赫数运行的需求,研究了宽马赫数运行的冲压发动机的热力学循环适用边界,对超燃冲压发动机施加热堵塞边界和温限边界的约束,获得了用进气道的压缩温升比和燃烧室的加热比所表征的超燃冲压发动机的进气道和燃烧室配合的最大工作边界,而亚燃冲压发动机仅受到温度边界的限制。在这两种约束下超燃冲压发动机具有最大的循环有效功,且存在于最大的运行边界上:在马赫数较低时,主要受到热堵塞边界的约束,此时超燃冲压发动机的循环有效功较小,而进气道压缩至接近滞止状态的亚燃冲压发动机的性能较好些;随着马赫数的增加,超燃冲压发动机同时受到两种边界的约束,马赫数再增大时,发动机只受到温限边界的约束,此时由于温限边界的存在导致了发动机的最大循环有效功有限,为保证燃烧室安全运行,难以增加燃油当量比获得更大的循环有效功,此时需要借助等静温加热过程将压缩和燃烧过程的温升解耦。最佳的工作模式为低马赫数时采用亚燃,马赫数达到一定程度后,采用超燃,且超燃状态下为进一步增大发动机的循环有效功和推力,需要借助等马赫数和等静温等过程相配合。对采用支板-凹腔稳燃的固定几何冲压发动机进行了实验和仿真研究,发现飞行马赫数和燃油分对冲压发动机的运行边界影响很大。支板位置越靠近隔离段入口,即燃烧的起始位置越靠前,冲压发动机越容易出现不起动现象。来流马赫数越低,越容易出现不起动现象,燃烧室所能容纳的加热量有限,燃油当量比较小,燃油应当向燃烧室下游分配。对采用“等-扩-等”构型的冲压发动机进行了性能评估,建立了冲压发动机的集总参数的性能评估模型,发现对于固定几何的冲压发动机,在设计点工作时,可在大的燃油当量比范围内工作,飞行马赫数较小时,受约束于不起动边界,冲压发动机的最大燃油当量比随着马赫数的降低而减小。冲压发动机的燃烧室的扩张比越大,燃烧室所能容纳的热量越多,冲压发动机所能正常工作的范围越大,但是相同的燃油当量比和马赫数下,燃烧室的扩张比越小,冲压发动机的性能越好。欲保证冲压发动机能够在宽马赫数范围内高性能工作,要求冲压发动机的扩张比可调,冲压发动机的扩张比时刻保持能够正常工作的最小扩张比。对于宽马赫数运行的冲压发动机,等动压飞行时,需要解决低马赫数下的推力低谷以及保证在低马赫数段加速过程具有足够的有效推力和高马赫数巡航时的经济性问题。可以通过增大低马赫数下隔离段以及燃烧室的面积的方式,来增大冲压发动机的进气道和尾喷管的通流能力,增大空气流量以补足推力。为保证加速性能,需要提高冲压发动机的燃烧效率并在加速过程中不断减小冲压发动机的燃烧室的扩张比,并增大尾喷管的膨胀比,保证发动机的推力最大。巡航阶段需要根据飞行阻力调整逐渐减小燃油当量比和油气比,在保证推力足够的情况下,通过控制系统将燃油当量比和油气比调整到所允许的最小值,增大飞行航程。设计了一个能够在马赫数2~7之间运行的变几何冲压发动机,加速过程中,燃烧室扩张比减小,尾喷管的膨胀比增大,能够满足宽马赫数运行的要求。