动力系统作为水下航行器的“心脏”一直是国内外学者研究的热点,近年来,随着减阻技术和结构优化的快速发展,高性能舰船及水下航行器的速度得到大幅提升,同时也对水下推进装置提出了更高要求。在此背景下,本文以一种新型水下气液两相冲压发动机为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对其工作过程和工作特性进行深入研究。首先,通过分析气液两相冲压发动机的工作过程,建立了气液两相冲压发动机的理想循环,定义了评估理想发动机性能的四个参数:能量转化效率、推进效率、总效率和比冲,研究了气体压缩过程、航行速度、气/水质量比、航行深度对发动机理论性能的影响。其理论性能具有如下特点:推进效率高是该发动机主要的性能优势,其理论值一般在50%-95%;总效率一般随航行速度的增加而减小,随气液质量比的增大而减小,随航行深度的增大而减小,其理论值一般在35%到55%之间;气液质量比一定时,发动机存在一个最优速度使得比冲最大,比冲峰值可以达到400s以上;航行深度的增加会导致发动机背压的增大,从而降低发动机的性能,因此,气液两相冲压发动机的适用范围为水深不超过10m。其次,通过研究气液两相冲压发动机混合腔中气泡的生成过程,建立了更为完备的气液两相冲压发动机一维稳态模型,可以根据流场条件和通气参数较为准确地预测气泡初始半径,根本上改进了仅根据工程经验预估气泡初始半径的发动机性能预示方法,并通过对比实验数据验证了模型的准确性。基于该模型,对气液两相冲压发动机的进行性能预示,主要结论为:气液两相冲压发动机的工作条件对气泡初始半径影响显著,而气泡初始半径大小对发动机工作性能也有一定影响,因此气泡生成模型对发动机性能预测具有重要作用;在气泡生成过程中,浮力和重力对气泡初始半径的影响微弱,即可将模型简化为二维模型;在气体质量流率一定的情况下,气液两相冲压发动机的推力及比冲均随着航行速度的增大先增大后减小;气孔直径较小的气泡发生器有利于气液两相冲压发动机性能的提高,但是当气孔直径小于1毫米时,此种增益是可以忽略的。最后,利用计算流体力学方法研究了气液两相冲压发动机内流场的流动特性随发动机工作条件的变化规律,重点研究了考虑气蚀效应后的气液两相冲压发动机工作特性。主要结论为:采用壁面通气的气液两相冲压发动机内存在明显的气液分层现象;当航行速度较高时(>32m/s),气液两相冲压发动机入口附近会产生气蚀并造成严重的总压损失,导致扩张段下游产生流动分离,发动机性能急剧降低;通过增大气体质量流率,气液两相冲压发动机内流场的压力将会随之升高,气蚀效应被抑制;提高注入发动机气体的温度,发动机的推力及比冲均增大,但是发动机效率急剧降低。