单头部直流燃烧室因其测量方便等优势成为研究航空发动机燃烧室湍流燃烧机理的重要载体。目前很多实验室级别的单头部燃烧室精细化测量研究主要采用气态燃料,针对大分子液态碳氢燃料在高温高压条件下的测量数据尚不充分。本文面向以航空煤油为燃料的航空发动机直流燃烧室,开展了单头部燃烧室总体结构分析以及气流分配方案、旋流器和喷嘴结构方案的冷热态数值模拟,获得相对优化的单头部燃烧室方案并加工,搭建了整个试验系统。根据实验室气量和压力条件,开展了单头部燃烧室总体方案分析。并用CRN(Chemical Reactor Network,化学反应器网络)模型研究了气量分配对燃烧性能的影响,得出设计点进口工况下旋流器进气量应大于主燃孔进气量,且掺混孔进气量应大于两者,此时主燃区温度更高,燃烧更充分。通过雾化实验研究了喷嘴结构关键参数对雾化性能的影响,得出随着喷口直径增大,雾化锥角随之增大,破碎长度缩短,但流量系数降低;随着旋流室柱段变长,雾化锥角随之减小,破碎距离越长,流量系数增大。优化得到本文喷嘴结构,并用实验和VOF(VolumeofFluid,流体体积函数)模型数值验证了该结构在较大范围工况下均能实现良好的雾化性能:在0.5MPa以上的压降时其雾角均超过70°,破碎距离在各压降下均小于7mm；流量系数较原喷嘴提升了约10%。采用RANS(Reynolds Average Navier-Stockes,雷诺平均方法)数值研究了两级旋流器结构参数对燃烧室回流区的影响,得出两级旋流叶片同向时,回流区位置更靠近头部,出口流场分布更均匀;第一级或第二级旋流数越大时,回流区越短且宽,且出口流速越均匀;文氏管喉道直径越小或套筒喉道直径越大时,出口扩张角越大,头部回流区越宽。将燃烧室各部件进行整合后,采用RANS方法结合PDF(Probability Density Function,概率密度函数)燃烧模型研究了进口工况对其燃烧特性的影响。结果表明随着进口压力升高,燃烧室整体温度升高,IMPa时出口温度明显高于较低工况;燃烧室进口温度越高,二次进气孔的掺混效果越不明显;油气比越高,燃烧更充分,火焰筒内高温区域面积更大,掺混效果越差。