针栓喷注器构造简单、流量调节范围宽、具有燃烧效率高和燃烧稳定等特点,因此被广泛用于变推力液体火箭发动机。现将针栓喷注器与燃烧型空气加热器结合起来,用于研制变工况空气加热器,本文通过试验研究和数值仿真计算两种方法研究了三组元针栓喷注器流量特性、雾化特性和空气加热器的燃烧性能,其结果可为变工况空气加热器的设计提供一定的参考价值。首先,通过试验研究了三组元针栓喷注器流量特性,验证了各组元流量系数随喷注压降的变化关系,研究了一个组元的流量特性是否受到其他组元流动过程的影响,同时研究了酒精针栓头结构变化对酒精喷孔流量特性的影响。结果表明:酒精出口节流总面积一定时,酒精流动距离越短、喷孔数量越多、向上倾斜角度越小,造成的压力损失越小;由于空气的可压缩性,空气喷注压降大于液氧喷注压降时,空气会对液氧环缝造成一定的阻塞。其次,使用高速摄影相机和马尔文激光测量仪研究了三组元针栓喷注器的雾化特性,得到了各组元喷注压降对雾化锥角、SMD和粒径分布均匀度指数的影响,同时研究了酒精针栓头结构变化对喷注器雾化特性的影响。结果表明空气和液氧模拟介质喷注压降越大,雾化锥角越小;酒精出口节流总面积为定值时,增加酒精喷孔个数将使雾化锥角分布更加均匀;沿轴向方向随着距离的增加,液滴SMD和粒径分布均匀度指数减小,到达一定值后,二者不再变化;空气、液氧模拟介质的喷注压降越大,对酒精模拟介质液滴的破碎力度越大,雾化效果越好。最后通过数值仿真计算研究了结构参数对空气加热器燃烧性能的影响。结果表明空气加热器特征长度和燃烧室直径这两个关键参数会对燃烧效率产生较大的影响,而改变针栓喷注器结构参数对空气加热器燃烧效率影响较小,对加热器内部燃烧流场影响较大。