随着人们太空探测兴趣的提高，超高速飞行日益受到关注。超高速飞行中，激波层内的气体会发生复杂的物理化学现象。为了正确模拟这些现象，试验气流必须具有与真实飞行相同的速度，这给超高速飞行的实验模拟技术提出了很大的挑战。激波脱体距离和马赫反射是空气动力学中的两个基本问题，前者与气动力相关，后者与激波和物体的相互作用有关。在超高速流动中，它们都受到气体高温效应的显著影响。本文的主要内容就是对超高速流动的实验模拟和这两个基础问题进行研究，具体包括：　　 (1)将先进的正向爆轰驱动技术与膨胀管概念相结合，研制了正向爆轰驱动高焓膨胀管JF-16。实验中获得了8300m/s以上、总焓近40MJ/kg的试验气流，具备了轨道速度的模拟能力；与X-2膨胀管的结果相比，JF-16的气流更平稳，说明爆轰驱动技术的引入能改善试验气流的品质。JF-16的性能实验表明：改变试验/驱动气体界面两侧的声速比可以影响激波管内试验气流的噪声水平，声速比大于1时能起到抑制试验气流噪声的作用。固定驱动段与加速段的充气压力，改变激波管的充气压力，可以获得最大的试验气流速度。实验结果说明膨胀管实验中，不仅要进行结构优化，还要进行实验条件的优化。第二道膜不仅影响试验气体的流动，而且影响其化学动力学过程，另外，较轻、较薄的膜片对于提高试验气流的品质是有益的。　　 (2)用解析方法研究了超高速钝体绕流的激波脱体距离。用指数密度剖面代替Wen的线性密度剖面，建立了化学非平衡流激波脱体距离的求解方法；在此基础上进行了热力学非平衡的修正，建立了热、化学非平衡流激波脱体距离的求解方法；与已有的解析方法相比，得到的结果与实验数据符合得更好。并用此方法研究了非平衡情况下无量纲激波脱体距离的变化规律。计算结果表明：来流离解分数的增加，使无量纲激波脱体距离增加，但当来流动能不变时，影响很小，而来流总焓不变时，影响要显著一些；来流动能的增加使脱体距离减小，但影响随着来流动能的增大而减弱。　　 (3)对准定常强激波反射马赫杆的变形规律进行了研究。数值研究结果表明：马赫杆的相对突出量随马赫数和楔角的增大而增大，随分子振动激发和离解等真实气体效应的出现而增大：楔角较小时，马赫杆的相对突出量随入射激波运动保持不变，而楔角较大时，随入射激波运动而增大。通过对流场的分析，用解析方法建立了马赫杆突出消失的判别准则，即：在低比热比气体中，马赫杆的突出会在转变为正规反射前消失。该现象的出现，将导致出现一种新的无射流、直马赫杆的双马赫反射结构。