液体火箭发动机层板式喷注器由于其特殊的流道结构及喷注方式,具有雾化特性好、脉冲小、响应快等优点。然而一直以来,对层板式喷注器雾化特性及燃烧特性的研究还比较匮乏,且一般是通过试验方法获得。本文根据目前国内外层板式喷注器的相关研究资料,在现有喷注器结构及试验数据基础上开展气氧/甲烷溅板式层板喷注器的设计研究。一方面,采用数值模拟方法对喷注器进行了建模分析,明确影响溅板式层板喷注器主要结构参数。另一方面,对喷注器结构进行了改进设计,通过增加边区气膜冷却孔对燃烧室壁面进行冷却。最后,搭建试验台架,采用试验方法对单喷嘴及多喷嘴喷注器雾化特性及燃烧特性进行研究,揭示不同设计参数对喷注器气/气燃烧特性及雾化特性的影响规律。首先针对喷注器设计参数分别对单喷嘴及多喷嘴溅板式层板喷注器气气燃烧特性进行了数值仿真研究,对比分析了冷流掺混及燃烧特性之间的联系和区别。研究结果表明,各喷注器设计参数对气氧/甲烷推进剂组合燃烧特性的影响不同,从燃烧室温度分布、组分分布及流场结构三方面进行综合分析发现,扩张角和出口层喷嘴宽度对单喷嘴喷注器燃烧特性影响最大,喷嘴间距对多喷嘴喷注器有较大影响。通过对三种不同结构的喷注器进行研究对比发现,对于气/气溅板式层板喷注器,冷流掺混结果并不能对其燃烧特性进行有效的预示,冷流及燃烧状态下燃烧室内各参数变化不具有相似特性。第二,设计了一种气膜冷却层板式喷注器结构,采用气态甲烷作为冷却剂,对不同冷却孔参数下气膜冷却效果进行数值仿真分析。结果表明,在喷注器面板外围增加一圈气膜冷却孔能有效降低燃烧室头部区域壁面温度。减小冷却孔高度或增加冷却剂流量在一定程度上均有利于燃烧室壁面的冷却;增加冷却孔数目及改变混合比对气膜冷却效果影响不大,但会对喷注面板温度产生影响。改变冷却孔构型或改变喷注孔位置均不利于燃烧室壁面冷却,相反还会对喷注面板热载产生不利影响。因此,在后续的研究中,需考虑多方面因素的综合影响,以达到更好的冷却效果。第三,设计了四种不同结构的单喷嘴溅板式层板喷注器,通过试验方法对各喷注器的流量特性及雾化特性进行了研究,获得了不同压力以及不同结构下各喷注器的雾化方式以及喷雾形态,并结合高速摄影结果得到了雾化锥角、撞击角及撞击点位置等信息。最后,在数值仿真基础上开展了气氧/甲烷层板式喷注器气气流量特性及燃烧特性试验研究,验证了火花塞点火方式的可行性。结果表明,提高混合比在一定程度上能提高其燃烧效率,降低燃烧室压力燃烧效率略有下降;多喷嘴条件下燃烧效率略大于单喷嘴条件。喷注器喷注面板受燃气热载影响较大,多喷嘴条件下在喷注面板周围增加一圈气膜冷却孔能有效降低面板局部温度,单喷嘴条件下各喷注器喷注面板均产生了不同程度的变形,其中SP1喷注器喷注面板发生严重烧蚀,变形或失效区域位于两喷注孔之间位置。