气液同轴离心式喷嘴被广泛应用于低温无毒双组元液体火箭发动机中,但此类喷嘴在特定的结构和工况下容易发生自激振荡现象,而自激振荡有可能会诱发不稳定燃烧。目前对自激振荡特性及产生机理的认识还不透彻,自激振荡对燃烧过程的影响研究更是匮乏。本文借助试验、数值仿真和理论分析手段,以液体中心式气液同轴收口型和敞口型离心式喷嘴为研究对象,对自激振荡过程、产生机理、关键工作/结构参数的影响以及喷雾燃烧动态特性进行了深入研究。首先,开展了核心工作参数对自激振荡的影响研究。针对两种构型的基准喷嘴开展雾化试验,分析了不同喷注工况下的自激振荡起振过程,研究了气液喷注工况及反压对自激振荡喷雾形态、特性及边界的影响规律。研究表明,当气液比较小时,稳态雾化的喷注初期依旧存在剧烈的自激振荡。自激振荡频率受液体喷注工况的影响较大,且随着液体雷诺数的增加近似呈线性增大。自激振荡产生与否以及自激振荡强弱取决于液膜角与缩进角的相对大小,当液膜角与缩进角相等时,缩进室内部流动处于临界流动模态,此时自激振荡最强。当在常压条件下缩进室内部流动为外混流动模态时,随反压增加,自激振荡先增强后被抑制。其次,研究了关键结构参数对自激振荡的影响。对比分析了两种构型喷嘴的缩进长度对自激振荡幅频特性及自激振荡边界的影响规律,获得了不同喷嘴结构下完整的自激振荡边界。针对液体中心式气液同轴收口型离心式喷嘴,探究了环缝宽度及内喷嘴出口壁面厚度对喷雾形态、自激振荡特性、内部流场结构以及雾化特性的影响。研究认为,缩进长度、环缝宽度以及内喷嘴出口壁厚是决定自激振荡产生与否以及自激振荡强弱的关键结构参数。当喷嘴无缩进时,自激振荡边界较窄且振荡较弱。对于缩进长度较大的喷嘴,发生自激振荡的工况范围较大,且随气体喷注工况的增加,自激振荡边界出现了“间断跳跃”现象。增加环缝宽度以及内喷嘴出口壁面厚度可减弱缩进室内部气体的压力波动,从而抑制自激振荡。自激振荡喷雾的质量流率呈“双峰”分布,而稳态喷雾的质量流率则为“单峰”分布。相比于结构参数,自激振荡喷雾特性受工况参数的影响更大。随后,对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的产生机理进行了深入研究。结合试验与数值仿真,获得了自激振荡发生过程中缩进室内部的流场结构,分析了喷嘴内部扰动的传递机制。同时,建立了缩进室内部液膜角的理论求解模型,并提出了自激振荡的产生机理。根据产生机理的不同,将自激振荡现象分为两类:液膜周期性堵塞气体型自激振荡和气体周期性挤压液膜型自激振荡。前者是由于锥形液膜对环缝气体的周期性堵塞作用致使缩进室内部气体压力发生周期性振荡引起的;后者则归因于环缝气体对锥形液膜的周期性挤压阻碍作用,对应于缩进较大喷嘴在“间断跳跃”后出现的自激振荡。自激振荡会导致缩进室内部气体压力、环缝气体以及中心气核发生相同频率振荡,当自激振荡强度足够大时,同样会引起液体喷前压力振荡。最后,开展了可视化燃烧试验,探究了自激振荡对燃烧过程的影响。基于非接触光学观测方法同步获得了喷雾与火焰的动态结构,研究了缩进长度及喷注工况对振荡火焰的作用规律,分晰了自激振荡与火焰振荡、室压振荡及燃料喷前压力振荡的关系。气液同轴式喷嘴的喷雾燃烧过程可分为:稳态燃烧、喷雾与火焰振荡燃烧以及不稳定燃烧。稳态燃烧时,火焰具有明显的锥形分布特征,火焰主要分布于锥形液膜表面,喷嘴出口回流区以及喷雾与燃烧室壁面的撞击区域。振荡燃烧时,火焰近似呈轴对称分布规律且亮度发生周期性明暗变化。当缩进长度较小时,火焰附着于喷注面板上且主要发生径向振荡;而缩进长度增大到一定程度后,火焰周期性地附着并远离喷注面板且由纵向振荡主导。自激振荡一定会引起火焰及燃料喷前压力发生同频率振荡,且火焰振荡与喷雾自激振荡强弱同步。当自激振荡频率与燃烧室固有声学频率耦合时,自激振荡会激发不稳定燃烧。