燃气轮机有着输出功率高、使用寿命长、运行可靠性高等优势,可显著提升舰船的作战性能,为海上防护等工作提供技术支撑。对比主要海军国家和国内的舰用燃机发展现状可以发现,英、美、乌克兰等国已陆续研制出多种型号的舰用燃机,而国内则处于研制成熟率低、使用数量少,无法满足海军各型舰船发展需求的阶段。因此,开展舰用燃机研制工作具有重要意义。目前已服役的舰用燃机多是由航空发动机改型设计得到,但由于两类发动机在使用需求和燃料物性等方面存在一定差异,继续使用原燃烧室结构易出现喷嘴头部结焦、燃烧组织差、燃烧效率低、大量黑烟排放等问题,而解决上述问题的关键在于燃烧室头部结构的合理设计。针对以上问题,本文采用试验研究与数值模拟相结合的方法,系统分析了旋流杯结构参数对流场、雾化特性和温度场的影响规律,为燃烧室头部结构的设计优化提供了参考,主要研究内容和结论如下:（1）通过理论分析确定影响空气雾化喷嘴性能的重要结构参数,即旋流杯叶片安装角、两级旋流面积、文氏管喉道直径和套筒扩张角。在此基础上完成试验件和试验工装的设计加工,试验研究了上述结构参数对火焰筒头部流阻特性和三维冷态流场的影响规律。结果表明:适当增加叶片安装角可增大气流的径向与切向速度分量,这一效果有助于提高油气掺混质量;一级与二级旋流流通面积比的增加将导致高速脉动区域向内部移动,有利于燃油雾化,但回流区较窄、轴向速度较大,不利于火焰稳定和合理温度场的形成;随着二级旋流面积的增大,回流区直径增大,射流速度降低,有利于稳定火焰;套筒扩张段在一定程度上对旋转射流起引导作用,增大套筒扩张角可增强气流的径向扩散能力。（2）开展燃油类型、旋流杯结构参数和中心喷嘴与文氏管的轴向装配参数（燃油落点）对燃油雾化粒径与液相速度场的影响研究。试验结果表明,随着旋流杯头部压降的增大,燃油SMD（Sauter mean diameter,索太尔平均直径）不断减小,但减小趋势不断变缓。随着叶片安装角的增大,雾化粒径先减小后增大。当叶片角在36°附近时,燃油SMD较小。一级与二级旋流流通面积需相互匹配,二者共同影响燃油预膜与破碎。文氏管喉道直径影响了一级旋流强度及成膜质量,喉道直径与文氏管长度比在1.06-1.15内,燃油SMD较小。套筒扩张段限制雾化场径向扩张,其值过大或过小都会导致燃油SMD增大。燃油喷嘴与文氏管装配位置影响液膜破碎质量。同时,叶片角、二级旋流面积占比、套筒扩张角、喷嘴插入深度的增大,都将导致雾化锥角增加。（3）开展了旋流杯结构参数对模型燃烧室流场、出口温度场和燃烧室总压恢复系数的影响研究。数值模拟结果显示,旋流杯叶片安装角为36.5°时,燃烧室出口温度分布较优。两级旋流通道对气相速度场、液相浓度场和燃烧室内气量分配影响显著,为保证燃烧室出口温度分布合理,一、二级旋流流通面积比不宜过小。套筒扩张角对燃烧室头部气流射流速度、角度和回流区宽度影响显著。