采用理论分析和数值模拟的方法对燃烧室火焰筒头部结构设计进行了研究，并针对数值研究中所遇到的高温高压下的燃油物性设置和非稳态燃烧过程的数值计算方法等问题开展了研究。为了方便燃烧室结构设计，首先实现了燃烧室总体结构设计方法的软件化。针对燃烧室的火焰筒头部旋流器结构设计方法进行了探讨，尤其是对火焰筒头部结构设计中的关键问题-旋流器流量系数的准确估算进行了深入分析，获得了旋流器流量系数的估算方法；通过数值计算方法研究了旋流器头部结构的相关参数设定和多级旋流器头部结构对燃烧室流动特性的影响，获得了燃烧室头部旋流器结构参数确定的一般规律，提出了燃烧室优化头部结构的设计方案。在高温升燃烧室特定的高温高压环境下，商用计算软件中燃油物性参数设置与实际值存在较大偏差，为了能在数值模拟过程中准确设定这些热物性参数，研究了煤油热物性参数的计算方法，获得了针对燃烧室特定的高温高压环境条件下的燃油热物性参数数据，并将其应用到燃烧室数值计算中以提高计算结果的可信度。研究了燃烧室非稳态燃烧的点、熄火过程数值仿真方法，利用自编的代数二阶矩燃烧模型实现了燃烧室非稳态燃烧过程的合理模拟；综合分析了优化设计头部结构的燃烧室性能，并给出了燃烧室贫油点、熄火极限半经验公式。