串联式涡轮冲压组合发动机的超级燃烧室在飞行器整个工作包线内工作，在其进口进行掺混以满足涡轮、冲压及转换模态下都能高效组织燃烧。本文基于TBCC超级燃烧室的工作特点，设计超级燃烧室中多种掺混结构，对方形波瓣掺混器下游流动和燃烧特性进行了数值模拟，并对经过优化设计的两种掺混结构进行了试验研究。通过对方形波瓣掺混器的数值模拟研究，分析了掺混器径向高度、波峰/波谷面积比、扩张角度、出口高度和中心锥型面对燃烧室气动特性和掺混特性的影响。研究结果表明：当掺混器径向高度正对于内外涵通道分界壁面、方形波瓣内外通道面积保持相等、下扩张角大于上扩张角、出口高度与波瓣波长之比保持为0.65时，能够得到较低的总压损失和较高的掺混性能；随着中心锥长度增加，掺混器波谷与中心锥面间流通面积不断减小，能明显抑制冲压工况下涡扇流道的回流，提高掺混性能。通过分析获得能使内外涵气流在较短距离内实现低阻高效掺混的掺混结构。设计了掺混、供油一体化结构，计算比较了在掺混器不同供油位置处的油雾分布，结果表明：在轴向喷油位置越靠近掺混器出口，下游流道中燃油分布越均匀；在周向环形供油的喷油环半径越大，流道中富油区域越小，径向火焰稳定器处燃油浓度越高；在径向供油的喷油点半径越大，环形稳定器前端燃油浓度越低。在数值研究基础上，搭建了超级燃烧室扇形试验平台，试验研究了方形波瓣掺混器和掺混/供油一体化结构这两种掺混方案下的超级燃烧室性能，验证了数值模拟结果并为下一步的深入研究打下基础。