单头部直流燃烧室是航空发动机设计中检验燃烧组织特性的重要步骤。本文旨在通过实验和数值模拟相结合的手段进行单头部直流燃烧室燃烧特性的研究。完成了单头部直流模型燃烧室设计,通过梳理燃烧室的工况参数,确定燃烧室的尺寸限制,进行火焰筒设计,综合考虑燃烧室各部分的气量分配,完成燃烧室掺混孔、冷却孔的设计,将燃烧室各部分设计集成,形成标准的单头部直流模型燃烧室并搭建了航空煤油/空气的单头部燃烧室的实验系统。采用STAR-CCM+软件,通过选择合适的湍流模型、燃烧模型、辐射模型、污染物排放模型以及合理的边界条件设置对单头部直流燃烧室多相流体反应进行数值模拟。获得了不同油气比、不同进口空气温度、不同进气流量对单头部直流燃烧室燃烧性能的影响数据。燃烧室冷态流场在设计点范围内,进口空气量的增加,燃烧室内速度持续增加,但是能在主燃区始终维持上下对称的主回流区结构以支持燃烧室的燃烧反应的开展。随着油气比的提高,燃烧室出口温度和压力损失都随之增大,污染物NOx排放随着油气比增加出现先增加后减小又逐渐增加的趋势,燃烧效率先增加后减小。进口空气温度的升高,燃烧室出口温度、压力损失和NOx排放都随之增大,而燃烧效率逐渐减小。进口空气流量增加,燃烧室压力损失减小,燃烧室主燃区温度出口平均温度以及燃烧效率都有逐渐提升的趋势,不过也随之带来了 NOx排放的不断增加。通过接触式测量和红外光谱等多种测量方式获得单头部直流燃烧室燃烧过程中的主燃区火焰结构、出口平均温度、出口组分信息、贫熄特性等信息。随着油气比和进口空气流量的提高,数码相机拍摄的可见光火焰照片显示,燃烧火焰燃烧剧烈,并且出口平均温度和污染物排放量也随之增加。而通过红外热像仪拍摄的火焰温度图显示,主燃区内高温火焰结构有一定的稳定性,高温区内最高温度随着油气比和进口空气流量的提高而缓慢升高。并且在进口空气流量0.1kg/s,温度300K工况下进行了本文直流燃烧室的贫熄特性研究,得到了燃烧室贫油点火极限油气比大约是0.0188,熄火极限油气比大约在0.0084。通过对比发现火焰温度的红外图像高温区结构和分布趋势在一定程度上与数值模拟中燃烧室中间截面的温度分布有较大的相似性。