如何进一步提升性能、改善推力是目前双模态冲压发动机研究中的重点,获得冲压发动机的性能潜力及其实现条件则是解决该问题的前提。本论文从经典一维复杂加热管流的气动热力学理论分析出发,以双模态机制最新认识为基础,详细分析了双模态冲压发动机燃烧室热力工作过程所有可能的热力循环路径,通过损失分析收缩了最优工作过程的热力循环路径范围,以其中确定为最优的典型路径特点为原型,建立了以特征马赫数为表征的、代表一族可产生最优性能热力过程的等效热力工作过程模型,完善了描述这种热力工作过程所需的物理模型,经燃烧试验验证,形成了一套双模态冲压发动机等效热力工作过程与性能潜力关系的分析方法。该方法全面考虑气体组分变化、比热比变化、燃烧产物离解、壁面摩擦力和热损失的影响,可以快速地评估发动机燃烧室入口参数、面积/释热匹配与性能潜力之间的关系。采用上述方法,在飞行马赫数4~7范围内,研究了双模态冲压发动机燃烧室热力工作过程与性能之间的关系,以及一些影响因素(包括入口条件、当量比、飞行轨道高度以及尾喷管膨胀程度)对这些关系的影响程度,从中发现了性能潜力的实现条件,总结了双模态冲压发动机性能潜力受燃烧室入口条件与热力工作过程影响的灵敏度关系,该关系可用于指导双模态冲压发动机流道一体化和性能优化设计。通过这些研究,形成了对双模态冲压发动机工作过程设计与控制的系统认识,指出了为获得最优热力工作过程需要在燃烧组织技术方面努力的方向。采用上述方法,在飞行马赫数4~7范围内,通过研究典型地面模拟设备污染组分条件对双模态冲压发动机性能与热力工作过程关系的影响程度,从获得最优性能的角度(不涉及熄火边界),推荐在地面试验中采用适当设备,获得最优热力工作过程,按照这个工作过程针对纯空气条件重新设计燃烧室扩张比的方法,并结合污染组分对燃烧组织结果的影响,修正设计燃烧室关键结构参数。本论文的研究证明,所建立的燃烧室特征马赫数为表征的燃烧室热力工作过程等效分析方法,在认识燃烧室热力工作过程规律、辅助设计燃烧室关键技术参数方面具有很好的应用前景,值得进一步应用和推广。