高马赫数飞行下，超燃冲压发动机燃烧室结构承受高总温、高热流以及含氧气流的冲刷。目前发动机材料与结构难以保证长时间稳定工作，因此，需采用再生冷却技术降低结构温度。由于再生冷却以机载燃料作为冷却剂，吸收结构热量后再喷进燃烧室燃烧，因此，具有无需额外携带冷却剂、热量得以回收利用以及冷却结构比较简单的特点，是国际上公认的有效冷却方式之一。再生冷却采用机载燃料作为冷却剂也为其技术带来诸多难点。首先燃料具有复杂的热力学属性以及流动与传热特性。其次，再生冷却是气/固/液耦合传热过程，燃烧室内燃料的混合与燃烧、激波串与边界层相互作用，冷却结构三维特性与材料属性，冷却剂多物态变化、传热规律等因素使再生冷却气/固/液全耦合再生冷却过程与机理复杂。同时，实验或者数值研究也面临诸多困难，国内外有关再生冷却的系统性研究很少。　　本文建立了以煤油作为冷却剂的超声速燃烧室再生冷却过程的一维气/固/液耦合传热分析模型，燃烧室内流通过直接求解可压缩流动的控制方程获得，燃烧速率由“混合控制燃烧”的概念确定，并增加了隔离段激波结构与边界层分析模型。结合了RP-3煤油10组分替代模型及超临界态换热规律确定冷却剂热力学与输运参数，并考虑了煤油高温裂解反应模型。根据稳态条件下固体结构总热量守恒并求解结构热传导方程，迭代获得燃烧室壁面热流、温度以及通道内油温分布。基于已有的燃烧室壁面静压及热流实验数据，对模型进行了验证。采用本模型对入口尺寸为50×70mm与50×210mm的超声速燃烧室在动压60kPa下飞行马赫数为4、5、6的闭环再生冷却过程进行分析，探讨了燃烧室闭环冷却系统的冷却效果，以及煤油热/催化裂解对冷却过程的影响。　　由于一维传热分析模型给出燃烧室壁面热流、温度以及油温分布是沿燃烧室周向平均和沿冷却通道周向平均的结果，不能反应三维燃烧室壁面热载荷的非均匀分布以及局部高热流分布特征。同时，真实冷却结构通道截面多为矩形，且包含进出口管道及汇流槽等三维结构。因此，以上工作基础上，在第三章中数值模拟了当量比0.46和0.9时入口马赫数2.5、总温1650K的三维非对称超声速燃烧室的燃烧与对流传热过程，研究燃烧室热载荷分布特性与高热流区存在机制，并且三维燃烧室截面平均的壁面热流与一维传热分析模型热流结果一致。第四章中采用流/固耦合传热方法数值模拟了超临界态RP-3煤油在复杂三维冷却结构中的湍流流动与传热过程，分析了冷却结构三维特性及单侧加载热流对汇流槽内流动与传热及冷却通道不同壁面热流、温度分布规律的影响。　　本文通过建立超声速燃烧室再生冷却过程系统的一维气/固/液耦合传热分析模型，系统研究了不同飞行动压和马赫数、不同构型燃烧室的再生冷却冷却效果，提供了再生冷却研究的有效工具。燃烧室热载荷分布特性研究与复杂冷却结构超临界态煤油的流动与传热过程数值模拟，为再生冷却系统的设计与优化提供了重要指导。