为了在现代化战场中简化燃油供应系统,提高后勤保障效率,单一燃油的应用和研究受到广泛的关注,成为近期研究的热点。理化性质介于汽油和柴油之间的航空煤油成为最有潜力的单一燃油选项。目前研究发现,在柴油发动机中直接使用纯航空煤油存在喷油系统磨损严重和燃烧稳定性较差等问题;而航空煤油掺混柴油或生物柴油等燃油具有提高柴油发动机性能和减少排放的潜力。因此在柴油机宽工况范围内进行宽掺混比例航空煤油/柴油掺混燃油的喷雾、燃烧和排放研究对战场单一燃油的发展具有重要的现实意义。本文基于电加热定容弹试验平台,通过电加热方式和充入高压气体模拟柴油发动机压缩上止点时的缸内高温高压热力学环境。耦合纹影法、背光法、高频背光消光法、广域低通滤波法等多种光学诊断方法以及自主编写的图像处理技术,探究了航空煤油掺混比例、环境温度和环境氧浓度对航空煤油/柴油掺混燃油的冷态喷雾、蒸发喷雾、着火和燃烧、碳烟生成和分布等特性的影响规律。结果表明,燃油中航空煤油RP-3掺混比例增加对冷态喷雾的破碎和雾化特性变化不大。随着RP-3掺混比例的增加,蒸发喷雾的喷雾体积略有增加,而液相贯穿距明显减小,这表明高RP-3含量燃油喷雾更容易蒸发,获得更好的油气掺混质量。环境温度对蒸发喷雾的气相贯穿距、喷雾锥角和喷雾体积影响较小,但随着环境温度的升高,其液相贯穿距明显减小,蒸发喷雾中燃油气相比例增加。对比不同燃油,环境温度对低RP-3掺混比燃油的液相贯穿距影响更大。燃油的着火滞燃期主要受十六烷值的影响,航空煤油RP-3的十六烷值较低,导致掺混燃油的着火滞燃期随着燃油中RP-3含量的增加而增长。环境温度较高（910K）时,燃油RP-3含量增加使得着火位置逐步变长;掺混燃油的准稳态火焰升举长度都与柴油相近,而明显低于航空煤油,这表明环境温度较高时在航空煤油中掺入一定量柴油即可获得与纯柴油类似的燃烧属性;RP-3掺混比例对综合火焰亮度峰值和到达峰值的时间影响不大。而环境温度较低（830K）时,燃油喷雾特性差异较大,着火位置由滞燃期和喷雾特性共同决定,随着RP-3掺混比例的增大,虽然其滞燃期在逐步增长,但其着火位置变化不明显;随着RP-3掺混比例的增加,综合火焰亮度峰值明显减小,达到峰值的时刻明显后延,这表明低温燃烧中,RP-3的掺混可以明显降低soot排放;燃油中RP-3含量越高,环境温度和氧浓度对着火和燃烧过程的影响越明显。环境温度和氧浓度增加使得着火滞燃期、着火位置和准稳态火焰升举长度减小,火焰面积峰值和综合火焰亮度峰值增加。随后,通过高频背光消光法定量研究了掺混燃油碳烟的生成规律。随着RP-3含量的增加碳烟生产成量减小,低环境温度下掺混RP-3对碳烟的生成具有更明显的抑制效果。环境温度和环境氧浓度增加时,碳烟质量峰值增加和到达峰值的时间提前。在燃烧后期低环境氧浓度工况下的碳烟排放更高,因为EGR环境同时抑制了碳烟的生成和氧化,但是对碳烟生成的抑制作用更强。综合而言,R50燃烧性能在各试验工况下都与柴油相近,且碳烟排放减小,非常适用于柴油机并且能减少碳烟的排放。