在某火箭发动机试车过程中出现了不稳定燃烧现象,初步分析该现象是由气液同轴离心式喷嘴自激振荡引起,目前关于气液同轴离心式喷嘴自激振荡特性研究较少,并多局限于冷态试验或冷态数值仿真。为获得超临界工况下气液同轴离心喷嘴自激振荡特性,本文采用气氢、液氧作为工质,通过RNG k-ε湍流模型、VOF气液两相流模型以及PR状态方程对超临界工况自激振荡过程进行瞬态数值仿真研究。对超临界工况下气液同轴离心式喷嘴非定常自激振荡过程数值仿真方法进行验证。通过冷态喷雾试验对仿真采用的物理模型、数值模型和网格无关性进行验证;对比数值仿真结果和热试车试验数据,发现数值仿真得到的自激振荡主频与试验值吻合良好,表明数值仿真方法可行。对超临界工况下气液同轴离心式喷嘴自激振荡机理进行分析。气液同轴离心式喷嘴自激振荡主频由液膜周期性堵塞气体通道产生,次要频率由液膜外侧复杂涡系脱落以及液膜内侧回流区中进动涡核脱落产生。自激振荡还诱导离心喷嘴气涡产生固有声学频率的压力脉动,改进了离心喷嘴气涡固有声学频率计算方法,提高离心喷嘴气涡声学频率计算精度。探究了氢质量流量、液氧质量流量和环境反压工作参数以及缩进长度、内喷嘴壁厚和环缝宽度关键结构参数对同轴离心式喷嘴自激振荡幅频特性的影响。根据气液动量比不同,提出液膜流动形态和一次扰动液膜长度概念,认为一次扰动液膜长度和一次扰动液膜速度是影响自激振荡频率的因素,气液相互作用力是影响自激振荡幅值的因素。研究了上下游扰动对自激振荡幅频特性和气涡声学频率的影响。当自激振荡频率接近氢流量脉动频率时,自激振荡频率会与氢流量脉动频率趋于一致,二者频率相同时发生耦合共振,压力幅值显著增大。氧流量脉动对自激振荡幅值和频率影响较弱。室压脉动频率与自激振荡频率耦合时,自激振荡压力脉动幅值增量约为室压扰动量1.15倍,室压脉动频率与气涡声学频率耦合时,气涡声学频率脉动幅值增量约为室压扰动量的16倍。