本文针对小推力液氧/甲烷发动机,采用理论分析、实验研究和数值仿真的方法对其进行了研究。重点对同轴离心式、液液互击式和气液互击式喷注方案进行冷试验和对发动机燃烧流动过程进行数值仿真。冷试验结果和数值仿真结果的分析,为无毒推进剂小推力发动机的设计和改进提供了参考。首先,本文通过雾化试验对两种推力的小推力液氧/甲烷发动机的同轴离心式、液液互击式和气液互击式喷注方案进行试验,并详细地分析了各种喷注方案的流量特性和雾化特性。对于同轴离心式喷嘴,随着空气流量增加,喷雾场中心粒径增加而周围粒径减少,平均粒径呈下降趋势;同一平面上SMD值变化趋势是从中心到两边逐渐减小;依靠环缝气体对液膜的剥离作用,气液比的增加可以改善同轴离心式喷嘴的雾化质量;随着气态介质喷注压强的增大,同轴离心式喷嘴的雾化锥角随之减小。对于气液互击式喷嘴,随着气体流量增加,不同平面上的粒径分布趋势不变但测量值随距喷注面距离增加而减小。对于液液互击式喷嘴,喷雾场液雾分布并不均匀,但粒径的测量值分布均匀,随着液体流量增加,粒径的测量值有较快的下降;液滴轴向速度在径向上先增大后减小,并且随着气态介质喷注压强的增加而增加。液滴速度最大的位置并不是SMD最大的位置,而是介于大液滴和小液滴之间的某个粒径适中的液滴所在的位置。其次,利用现有的理论模型,对发动机燃烧室的燃烧流动过程进行仿真。重点对液膜冷却进行分析,通过改变冷却液膜占推进剂总质量的质量分数,设计了六个仿真工况,冷却剂的百分数变化范围是10%—35%,通过对比不同液膜冷却剂质量分数下燃烧室的温度分布和推力性能,发现液膜冷却区域的壁面温度明显比燃烧室中心区域的温度低,这主要是由于液膜的蒸发和对流换热的作用效果;随着冷却剂质量分数的增加,燃烧室壁面的温度随之下降;出口压力、出口速度、推力、比冲和燃烧效率也有所下降,但是变化的范围不是特别大。因而得到了较为合理的冷却液膜质量分数范围为25%—30%。最后,以冷却剂质量分数为25%作为基准工况,分别以减小喷注液滴粒径和改变发动机的燃烧室特征长度作为对比工况,通过对比不同液滴粒径和三种特征长度的燃烧室对温度场、液相质量分数和甲烷体积分数的影响,发现推进剂粒径的减小可以使燃烧室喷注面附近的低温回流区范围增大,使燃烧室后半段的燃烧更为充分。燃烧室特征长度对燃烧流场有一定的影响,适当地增加燃烧室特征长度,可以提高燃烧效率;发动机下游的液相质量分数逐渐减小,不利于甲烷液膜对发动机内壁进行冷却,发动机内壁附近的液相质量分数和甲烷组分的减少不利于液膜对壁面进行冷却,因此,燃烧室不能过长,采用0.81m的特征长度比较合适。