凹腔作为火焰稳定器具有结构简单、火焰稳定能力强的特点。本文以亚燃冲压发动机燃烧室火焰稳定技术和高效燃烧为出发点,开展了以凹腔作为火焰稳定器的亚燃燃烧室试验与数值模拟研究。论文首先对采用凹腔作为火焰稳定器的亚燃燃烧室进行了点火试验研究,考察了不同的凹腔结构、凹腔组合方式、煤油喷注方式下的燃烧室点火性能,分析了凹腔回流区大小、凹腔火焰周向和轴向火焰传播机制以及凹腔内燃油进入方式对凹腔点火性能的影响。结果表明,相比于周向容积,点火瞬间的凹腔有效储能大小更来源于轴向容积;点火的可靠进行依赖于凹腔内的轴向火焰传播机制;凹腔的可靠点火必须与凹腔前方壁面喷油匹配进行,使凹腔内维持合适的燃油浓度分布。在总结燃烧室性能评价指标的基础上,初步考查了凹腔结构参数对燃烧性能的影响。在高空试验台上对低压条件下的凹腔燃烧室进行了数次点火试验研究,对旁侧凹腔燃烧室在低压条件下点火所面临的困难有了初步认识。以数值模拟方法为研究手段,对常压试验条件下的直连式一体化燃烧室在点火前的流动特征和稳态燃烧流场进行了分析。研究结果显示,在所研究的试验条件下,点火前流场特征受多种因素制约,不同的流动特征将导致燃油浓度分布的差异,从而影响凹腔燃烧室的点火特性;氢气引导点火方式下需要合理组织氢气燃烧流场;凹腔内燃烧温度的高低决定了不同的凹腔工作模式,凹腔工作模式受喷油方式、喷油距离、雾化效果等因素影响;凹腔火焰稳定器呈边区组织燃烧的特点,火焰难以向中心主流扩展。针对旁侧凹腔结构的边区燃烧火焰难以扩展和低压下难以组织稳定燃烧的问题,进行了两方面的工作。一方面,在比较分析了中心组织燃烧和边区组织燃烧特点的基础上,借鉴驻涡燃烧室的概念,提出了中心体凹腔稳焰的燃烧室方案,对其进行了初步地仿真研究;另一方面,为克服低压下大筒径燃烧室火焰散布不均匀、点火困难的问题,综合前面的研究结果,进行了凹腔稳焰概念的扩展性研究,提出了组合凹腔燃烧室和被动式预燃凹腔燃烧室概念。