由于推进剂能量的剧烈释放,几乎所有的火箭发动机都面临着严峻的热防护考验,气膜冷却是一种被广泛关注和应用的解决办法。本文研究的旋转气膜冷却是众多新型气膜冷却形式中的一种,主要特点是气膜孔与壁面相切,气膜射流形成单支主导的肾形涡,从而得到较好的冷却效果,通过相对简单的加工工艺实现了提高气膜冷却效果的目的。本文对旋转气膜冷却的流动与换热特性展开数值和试验研究,研究内容主要包括三个方面:1、研究单排旋转气膜冷却的流场结构和换热特性,通过改变吹风比、温度比和孔间距来探究提高气膜冷却效果的因素,揭示强化气膜冷却效果的机理;2、对影响双排旋转气膜冷却效率的吹风比和孔径等因素进行分析,研究双排结构对气膜冷却特性的影响机制;3、将旋转气膜冷却应用于燃气发生器壁面,在真实工况下研究冷却空气分配、孔径大小和不同冷却孔布局对燃气发生器的冷却特性及燃烧特性的影响,提出旋转气膜冷却的优化结构。主要结论有:1、由单排旋转气膜冷却的流场分析可知,冷气从气膜孔射流出来后初始形成了肾型涡对,但由于是切向进气,冷气偏向一侧,因此一支涡受到抑制,另一支成为主导的单支肾形涡;2、改变结构参数或流动参数,都会影响射流产生漩涡,进而影响肾形涡漩涡中心与壁面的距离与漩涡强度;3、肾型涡的涡心远离壁面以及强度增加均有利于增强气膜的侧向覆盖,但同时也增强了对高温主流的卷吸,不利于延长气膜的保护长度;4、吹风比增加,温度比增加,可以增加单支肾形涡漩涡中心与壁面的距离或提高漩涡强度;5、由双排旋转气膜冷却特性分析可知,前后两排的切向进气在下游形成叠加的肾形涡对,在单位面积的冷却剂使用量相等的情况下,双排孔比单排孔能得到更高的冷却效率;6、通过模拟燃气发生器的实际工况,研究发现靠近燃气发生器头部的第一排冷却气流阻碍高温燃气与壁面接触,第二排与第三排冷气主要形成与主流燃气的掺混漩涡,另一部分沿壁面流动,气膜孔的布置以及冷却剂流量分配影响燃气发生器内部漩涡形成,影响气膜冷却特性,进而影响燃气发生器整体的流场结构和性能。