液体火箭发动机内部的喷雾燃烧过程本身就是一个高度非线性动态过程,而变推力火箭发动机主动调节过程中的动态特性更加复杂。但是目前对稳态工况条件下的喷雾燃烧动态过程的认识还不全面透彻,对于调节过程中的喷雾燃烧理解更加缺乏。本文基于理论分析、数值模拟和试验方法,以应用于变推力火箭发动机的双集液腔离心式喷嘴、针栓喷嘴为研究对象,研究了稳态工况下以及主动调节工况下的喷雾燃烧动态特性。采用试验与仿真相结合的方法,获得了离心式喷嘴稳态、流量线性调节和流量正弦调节条件下喷嘴内部气核、喷雾形态、液滴粒径的动态响应规律,讨论了动态喷雾过程对燃烧的潜在影响。研究表明气核在流量调节过程中以整体缩放为主要运动形式。流量调节在喷嘴内部以长波形式传播,喷嘴内不同位置处的液膜厚度与速度脉动几乎同步。因此脉动条件下,喷出喷嘴的液体会周期性出现厚且快的液膜,最终导致雾化性能变差。在流量调节速率较小时,喷雾形态、液滴粒径均随流量调节准稳态变化。当调节速率较大时延迟现象凸显,并且流量增大调节初期存在雾化性能突变导致喷雾场的时空不均匀,极有可能诱导负调和不稳定燃烧等非线性现象产生。观察到流量调节过程中喷雾燃烧的响应延迟和负调现象,总结了两种动态现象的规律,揭示了两者的产生机理。针对双集液腔离心式喷嘴流量调节过程中喷雾燃烧的动态特性开展了试验研究,验证了双集液腔方案的深度调节能力。分析总结了流量调节过程中燃烧过程的动态响应规律。调节氧气产生的延迟主要原因是氧气的可压缩性以及流量控制元件与喷注器之间空腔。燃料调节带来的延迟主要是由于缓慢的蒸发过程。燃料蒸发过程中液滴大量吸热和大量释放燃料蒸气的时间差是导致负调的根本原因。调节燃料和调节氧气对负调的影响存在竞争关系,即调节燃料促进负调而调节氧气抑制负调,且两者对于负调的影响程度与其调节速率是正相关的。建立了不同构型针栓喷嘴喷雾的空间分布模型,分析了推进剂流动特性与破碎模式,获得了针栓喷嘴喷雾液滴尺寸空间分布规律。通过建立理论模型,实现了喷雾角、液膜空间分布以及液滴尺寸预测。喷雾角、空间分布主要受到动量比、堵塞比、射流直径/液膜厚度、液膜厚度影响。径向流体流动受到轴向液膜阻碍,喷孔名义流量系数随着局部动量比增大而增大。简化的针栓喷嘴单元形成的斗篷状的喷雾,结合理论与仿真结果得到径向孔型针栓喷嘴形成的喷雾为镂空的花瓣锥。不同工况条件下,喷雾形态被分为封闭弧形喷雾、斗篷状喷雾以及充分发展的扇形喷雾三种形式,喷雾破碎分为滴落状破碎、穿孔液膜破碎、冲击破碎、湍动射流主导破碎以及湍动液膜主导破碎五种模型。喷雾场中不同轴向位置的平均粒径沿径向分布相似。局部动量比越大扇形液膜区的液滴平均粒径越小,同时射流影响核心区外移,喷雾外围的粒径增大。通过非接触光学观测试验,获得了针栓喷嘴燃烧室内喷雾与火焰的空间分布,明晰了工况参数对喷雾、火焰空间分布的影响,探索了喷雾火焰振荡的产生原因。准稳态条件下,喷雾主要分布在针栓下游侧后方扇形区域;燃烧主要发生在三个区域:位于燃烧室中部针栓头下方的中心燃烧区,位于燃烧室头部针栓两侧的头部燃烧区以及分布在喷雾外缘的喷雾外缘带状燃烧区。头部燃烧区为燃料蒸发提供热源,对火焰稳定有重要作用。喷雾分布和火焰分布主要受到动量比的影响。随着动量比增大,喷雾向下游弯曲程度减小,压缩头部燃烧区并导致其尺寸减小,中心燃烧区从小动量比时的“单火焰”模式逐渐过渡到“双火焰”模式。在混合比较低的工况下,燃烧室内喷雾破碎、燃烧释热、声学振荡之间更容易发生耦合,多物理场耦合可能是喷雾火焰产生振荡的原因。