复合卷流燃烧系统是以双卷流燃烧系统和侧卷流燃烧系统为基础开发的,通过在燃烧室结构中加入弧脊和分流造型以实现燃烧室纵向和周向的燃油卷动,提高油气混合速率。现有复合卷流燃烧室的结构沿袭双卷流燃烧室,内、外室主要尺寸不变,在外室壁面直接加入分流造型,为了保证压缩比不变,调整了内外室深度,然而燃烧室结构并未经过优化。本文以复合卷流燃烧系统的油束匹配特性和喷雾射流及着火发展形态研究为导向,找出了现有复合卷流燃烧系统存在的问题,最后利用AVL Fire软件对复合卷流燃烧室几何结构进行了优化。利用内窥镜技术对复合卷流燃烧系统进行了油束匹配研究。研究分为喷射角度匹配和油束夹角匹配两个部分。对不同喷射角度下的缸内燃烧情况研究发现:复合卷流燃烧系统中,油束正对分流造型时具更好的性能。对油束夹角的研究表明:当油束夹角为145°时,喷雾射流进入外室底部,此处分流造型高度较小,侧卷效果不明显;当油束夹角为155°时,一部分燃油进入燃烧室顶隙,油气混合效果较差;最后得出最优油束夹角为150°,此时侧卷流作用发挥较好,但是从火焰和温度场、碳烟场图像可以看出存在内室油量不足,内室作用未发挥出来的问题。在定容燃烧弹上对复合卷流燃烧室喷雾射流及着火形态进行了研究。研究表明:内室燃油在弧脊的作用下会形成较好的纵向卷流;但是进入外室的燃油在外室圆弧段和分流造型的综合作用下会形成溢出燃烧室,造成分流造型作用发挥不充分,不利于油气的混合;之后利用仿真软件进行了验证。基于上述发现的问题,对复合卷流燃室提出了优化思路。提取出了燃烧室弧脊位置、内外室容积比、燃烧室喉口直径等与上述问题相关的参数,以指示功率为评价指标,利用控制变量法,研究了不同优化参数对复合卷流燃烧系统性能的影响,结合灵敏度分析,确定出各个参数的优化顺序,进而得到优化后的复合卷流燃烧室结构尺寸。最后,优化后复合卷流燃烧室与侧卷流燃烧室的燃烧性能对比分析表明:优化后的新复合卷流燃烧室表现出了较好的燃烧性能。