固液混合火箭发动机具有结构简单、安全性高、可重复点火等优点，在探空火箭、小型运载火箭、靶标、亚轨道飞行器等推进领域具有极高的应用潜力。但目前固液混合火箭发动机技术发展尚未成熟，固体药柱燃面退移速率较低导致发动机推力提升困难，并且固液混合火箭发动机内部工作过程复杂，对于扩散燃烧主导的燃烧与流动过程认知不足，进一步制约了固液混合火箭发动机的技术发展。

本文以实验研究为主，围绕石蜡基固液混合火箭发动机，系统开展了药柱燃面退移速率提升、燃料质量流量实时测量以及重复点火等性能提升关键技术研究，并为配合实验结果分析，初步探究了石蜡基固液混合火箭发动机燃烧与流动过程三维数值模拟。

首先，建设了实验室规模的固液混合火箭发动机实验系统，发展了离心成型与多次浇注石蜡基药柱制备技术，并在此基础上开展了燃烧实验和理论计算获得了石蜡基药柱的燃烧性能，同时，对比分析了添加铝粉对石蜡基药柱燃烧性能的影响。

第二，提出了一种固体药柱燃面退移速率提高方法，新型嵌套式螺旋结构药柱将石蜡基燃料嵌入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯螺旋基体，基于两种燃料不同的燃面退移速率，能够在燃烧过程中形成并始终保持螺旋特征结构。在保持单孔结构药柱的同时，燃烧区与药柱近壁面之间的物质和热量交换增强，从而提高药柱的燃面退移速率。通过前期发展的石蜡基药柱制备技术和三维打印技术实现该药柱的成型，并以氧气作为氧化剂开展了新型结构药柱燃烧实验，获得了其退移速率随氧化剂通量的变化。对比石蜡基药柱，新型结构药柱的退移速率大幅提升，并且在未改变原有的燃烧室压强振荡特性条件下，燃烧效率也得到了提升。在此基础上，实验研究了螺旋基体结构对于该新型结构药柱燃烧性能的影响。为研究燃料退移速率差异性对新型结构药柱燃烧性能的影响，改用端羟基聚丁二烯作为填充燃料开展了实验研究，结果表明若燃料退移速率差异性较小，药柱将无法形成螺旋特征结构，从而无法提升燃面退移速率。此外，通过开展嵌套式螺旋结构药柱的燃烧与流动过程三维数值模拟初步研究，探究了其内部流场结构，获得了燃烧温度以及组分的质量分数分布，并与石蜡基药柱对比，分析了嵌套式螺旋药柱结构对于固液混合火箭发动机燃烧过程的影响。

第三，提出了一种基于激光吸收光谱的燃料质量流量非接触实时测量方法，以燃烧产物中的水为测量组分，发展了一套基于2.5μm附近吸收线对的激光吸收光谱系统，获得了喷管出口处燃烧产物中的水分压和气流温度变化，并结合喷管二维数值模拟得到了喷管出口的气流速度，最后，基于理想气体假设与氢元素守恒，即可获得实际参与燃烧反应的燃料质量流量实时变化。以纯石蜡作为燃料，开展了燃烧实验对该测量方法进行验证，结果表明在各个工况下新型测量方法获得的总燃料消耗量与传统差重法获得的值均保持了一致性，验证了该方法的可行性，并对误差来源进行了详细分析。

最后，开展了过氧化氢/石蜡基固液混合火箭发动机催化点火与重复点火技术实验研究。结合激光吸收光谱技术，研究了银网催化床结构、预热、寿命、均匀性等因素对于过氧化氢催化分解效率的影响，验证了不同流量下石蜡基固液混合火箭发动机重复点火技术可行性。并基于上述结果，开展了1kg/s流量过氧化氢/石蜡基固液混合火箭发动机催化点火与重复点火技术验证。