超燃冲压发动机中来流气体速度极快,燃料驻留时间短,如何实现高效快速的燃料混合是超燃冲压发动机技术面临的关键问题。壁面燃料喷注是燃料混合的关键技术之一。本文主要以超声速条件下横向气态射流(Jet in supersonic crossflow,JISC)为研究对象,针对其波系结构、掺混机理和尺度效应等方面展开研究。本文依托超声速静风洞实验台,采用平面激光散射技术(NPLS)、粒子图像测速技术(PIV)、油流实验方法,将流场结构可视化。实验与雷诺平均(RANS)数值仿真方法相结合,揭示了射流背风区人字形回流区的形成机理,回流区由射流背风区的低压区导致,而碰撞激波的作用使回流区为V形结构。本文研究了碰撞激波与反射激波、桶状激波、马赫盘等激波的空间结构,并揭示其相互作用规律,碰撞激波与反射激波在一定高度相交,并产生反射作用,碰撞激波还会使桶状激波和马赫盘产生凹陷。通过RANS仿真,对比分析了不同动压比(J=2.3和J=7.7)条件下的燃料质量分数分布规律,分析了射流尾迹区波系结构与燃料浓度分布和掺混机理之间的关系。射流背风区燃料浓度较低,该区域的主要以来流气体为主。但是在贴近壁面位置,存在燃料浓度较高的V形区域。本文将射流尾迹区根据流场结构和浓度分布的不同划分成为四个不同的区域。与此同时,通过改变边界层厚度分析了边界层变化对燃料掺混的影响,穿透深度和混合效率随着边界层厚度增加而升高。采用PIV方法测得不同空间尺度下的速度场,NPLS实验测得不同尺度下的穿透深度,油流实验测得不同尺度下的滑移线,采用RANS方法测得流场的燃料分布。综合实验与仿真结果,建立了超声速状态下横向射流的相似规律。在动压比相同的情况下,射流穿透深度在不同几何尺度下满足相似律。而浓度、掺混效率、速度分布若满足相似律,还需要边界层无量纲厚度相似,且边界层内速度分布满足相同的壁面律。