为适应高原航空装备的使用要求,提高高原地区航空发动机性能,探寻提升高原环境下燃烧室点火性能和燃烧效率的新途径和新方法,本文针对高原航空发动机燃烧室的工作特点、技术难点以及实际应用中出现的问题,提出一种基于驻涡稳焰技术的高原型涡轴发动机燃烧室—斜流驻涡燃烧室。并以此为研究对象,结合理论分析、试验研究和数值计算等方法,围绕高原低压低氧条件下斜流驻涡燃烧室流量分配、流场组织、油气混合、结构特点、燃烧性能规律及部分关键技术开展了系统而深入的研究。应用理论分析得到了斜流驻涡燃烧室的空气流量分配方案、油气方案和气动方案;采用数值模拟方法开展了多结构多参数下燃烧室性能计算,得到了斜流驻涡燃烧室初步方案;开展了燃烧室模型试验件核心部件结构设计,包括整体结构、凹腔结构、掺混段结构、供油结构和冷却结构;采用粒子图像测速仪,完成了模拟高原慢车条件下三头部斜流驻涡燃烧室的冷态流动特性研究,获得了燃烧室冷态流场宏观特性及细节特征。凹腔中流场结构具有三维特征,且随速度和压力变化保持不变。在主流流通截面凹腔中形成了双涡流动结构,联焰板截面为单涡流动结构,在展向方向表现出单双涡结构交替出现特征。无量纲速度分布曲线变化趋势基本类似,进一步说明了流场的稳定性;凹腔中顺流区的速度要高于逆流区,最大速度为0.3倍的进气速度。采用高速摄影仪,完成了凹腔内点火过程和火焰形态研究。斜流驻涡燃烧室的点火过程主要包括三个阶段:第一阶段是形成具有足够大小、温度和一定传播能力的核心火团;第二阶段是核心火团点燃点火电嘴所在凹腔,第三阶段是火焰从点燃的凹腔区域传播到相邻的未点燃的凹腔区域,整个燃烧室凹腔都充满火焰;从火焰图像中可以看出凹腔内具有稳定的涡系结构,燃油可以在凹腔中稳定燃烧,足够的后进气穿透深度可确保强烈的回流运动使高温热产物驻定在凹腔中,有利于提高燃烧效率;凹腔后进气在整个驻涡燃烧室凹腔内气动结构设计、回流区的稳定和增强旋涡强度具有至关重要的作用。试验研究了模拟高原慢车条件下三头部斜流驻涡燃烧室燃烧性能。在试验工况下,总压损失系数基本上与进气速度呈2次方关系;流阻系数基本保持不变,其数值维持在2.1左右;不同进气速度和油气比下出口温度分布在径向高度上都呈现为中间高、两端低,温度峰值在0.6倍燃烧室出口高度处;贫油和富油状态下出口温度最大值、最小值与平均温度的不均匀度增加;在试验工况下,点火油气比主要在0.005～0.018之间变化;贫油熄火油气比在0.0016～0.00437,燃烧效率在96.3～97.7%;随着温度升高、压力升高、速度降低,燃烧性能都有明显的改善。完成了模拟高原环境下全环斜流驻涡燃烧室燃烧性能研究,总结了性能变化规律。低压下,燃烧室内压力分布基本一致;常温条件下,燃烧室点火压力可到35.3 k Pa,相应的海拔高度接近8000m;压力降低带来的对点火不利的影响并未通过温度的升高来弥补;低压环境下,随着压力降低,点熄火油气比迅速升高;温度升高,点熄火油气比迅速下降,对点熄火性能的提升具有非常显著的效果;试验工况范围内,燃烧效率都高于96%;综合试验研究结果,全面分析了燃烧性能与进口参数和油气比之间的关系,并以关系式的形式体现出来。完成了模拟高原环境下斜流驻涡燃烧室性能计算。通过冷态数值计算结果分析可知,进口压力降低,燃烧室内流量分配和流场结构变化不大,但进气速度增加,进气密度下降,总压损失增加;另外,燃烧室内燃油驻留时间增加,燃油到掺混孔附近才能蒸发完全,这不利于凹腔建立稳定的点火源,凹腔内化学反应速率和燃油蒸发速率都会降低,不利于斜流驻涡燃烧室点火和稳定燃烧。从热态数值计算结果分析可以看出,随着压力降低,燃烧室内流量分配和流场结构发生变化,出口平均温度降低;从温度场和各组分浓度分布来看,凹腔内燃烧区温度降低,不利于新鲜燃油的雾化和蒸发,不利于斜流驻涡燃烧室高效燃烧。本文提出了适应高原低压低氧环境的斜流驻涡燃烧室方案,提高涡轴发动机燃烧室高原起动性能,匹配高原燃烧特性。揭示了高原低压低氧斜流驻涡燃烧室流场特性,掌握了凹腔内流场结构及速度分布随气动参数的基本变化规律。获得了模拟高原环境下气动参数和供油参数下全环斜流驻涡燃烧室燃烧性能变化规律,得到了燃烧效率、点火、熄火性能参数和气动热力参数之间的变化关系。