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粉末火箭发动机采用颗粒状含能材料作为推进剂,兼具液体火箭发动机可多脉冲启动、推力调节,以及固体火箭发动机结构简单、发射周期短、维护使用方便的优点,而且在实现预包装的前提下不存在推进剂老化、高低温情况下易产生裂纹等问题,具备更好的储存性能和更强的环境适应性。在目前的研究阶段,对粉末推进剂燃烧机理的认知非常有限,无法完成粉末火箭发动机燃烧室、火焰稳定器、点火装置的高效优化设计。对粉末推进剂点火燃烧特性及层流火焰传播特性的探索是粉末火箭发动机燃烧理论研究的基础。本文采用激光点火结合光谱诊断研究方法对粉末推进剂的点火延迟、燃烧强度、燃烧温度、点火温度等参数进行测量与计算,分析颗粒粒径、环境压强等因素对点火燃烧性能的影响,提出了MgAl合金、团聚Al粉、级配Al粉等Al基粉末燃料改进方法,并进行实验对比。设计气固两相本生灯型层流火焰实验装置,研究了剪切流化槽宽度、层流流速、颗粒粒度、颗粒相浓度等因素对Al/空气层流火焰传播的影响规律,并研究级配Al粉的火焰传播性能。分析了N2、空气、He、N2O四种备选流化气体对粉末火箭能量特性的影响,并采用实验方法研究了各种流化气体对Al粉点火燃烧性能的影响。开展了金属粉末和AP粉末混合物的点火燃烧特性实验,研究了颗粒粒径、颗粒质量比、环境压强等因素对点火燃烧性能的影响,建立了Al/AP混合物激光点火模型。最后开展了Al/AP/N2本生灯型火焰调试实验,在一定的质量比、颗粒浓度条件下成功获得了Al/AP/N2本生灯型火焰,对火焰几何形态进行了理论分析,并建立了基于传热机理的一维Al/AP/N2层流火焰传播模型。本文研究的主要结论及成果如下:（1）激光点火实验发现Al颗粒点火延迟随粒径增大而增大,常压空气中Al颗粒燃烧阶段486nm/568nm光谱强度比RAlO在0.2以内,且随初始粒径增大而增大,说明Al颗粒蒸汽相燃烧强度会受到其自身蒸发速率的影响。使用双波长测温法对Al颗粒在整个点火燃烧过程的温度进行了监测,使用灰性判断法对颗粒的点火温度进行了计算,发现随着粒径变大,样品的燃烧温度变低,而颗粒点火温度变高,这是由于燃烧过程受氧化剂扩散造成的。小粒径Al颗粒表面能增大,降低了Al及其氧化物外壳的熔点及沸点,缩短了点火动力学过程,说明点火延迟一方面受到外部加热条件的影响,还会受到颗粒自身性质的影响。Al颗粒一维点火模型计算结果表明表面异相反应HSR能够缩短Al颗粒点火过程,并且提高氧化剂浓度可以增强表面异相反应HSR速率,计算结果与点火实验数据吻合良好,说明HSR反应动力学受到氧化剂扩散和氧化剂浓度的影响。（2）只有粒度为5μm、10μm、20μm的单一粒度Al粉可以成功调试出Al/空气本生灯型火焰,添加1μmAl粉的双粒度级配Al颗粒能够拓宽本生灯燃烧器的粒度测量范围,实验发现无论单双级配颗粒,颗粒平均粒度减小,层流火焰传播速度增大。由于气固两相混合物的导热系数随Al粉尘浓度的上升而增大,火焰传播速度在当量比1.2左右的富燃区域达到最大。（3）尝试了MgAl合金、团聚Al粉、级配Al粉等粉末推进剂改进方法,发现MgAl合金中Mg组分能够加速Al组分的预热和掺混过程。团聚Al粉中的包覆剂能够加快Al颗粒的掺混过程,提高小粒径Al粉的堆积密度。双粒度级配Al粉比单一粒度Al粉的点火燃烧及火焰传播性能都好,且提高了堆积密度。（4）对比了各种流化气的特点,发现He气作为流化气体时发动机的理论比冲最高,而燃烧性能并不理想。空气和N2不能提高Al/AP推进剂理论比冲,然而空气可以提高Al粉燃烧性能。N2O将大大提高Al粉的点火性能,且Al粉在N2O中的点火过程快于已知的Al粉点火动力学过程,存在未知的反应机制。Al粉在N2O中的层流火焰传播速度也大于在空气中燃烧时的情况,火焰区域厚度也更大,色温也更高,N2O对Al粉末燃烧的促进作用明显优于空气。（5）通过激光点火实验标定了AP颗粒的激光吸收效率,考虑AP分解动力学与Al颗粒点火动力学过程建立了Al/AP点火动力学模型,计算结果与实验结果吻合良好,为Al/AP粉末推进剂点火器设计及层流火焰传播机理研究打下基础。（6）在Al粉粒径20μm、AP粉粒径95.86μm、AP/Al质量比3:1和固相粉尘总浓度3223g/m3的情况下成功调试出Al/AP/N2气固两相本生灯型层流火焰,观测到火焰锋面呈“倒锥形”结构,计算得到层流火焰传播速度为72cm/s,建立了基于传热机理的Al/AP/N2一维层流火焰传播模型,提出了分离-重叠火焰结构,模型预测值比实验值小37.3%,误差可能是忽略Nu数变化造成的。