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活塞式发动机体积小、功率密度高、结构简单,非常适用于中小型无人机。对置活塞二冲程(OP2S)发动机作为活塞式发动机的一种,与四冲程发动机相比,功率密度更高,并且由于采用的对置活塞的结构形式,相对于普通二冲程发动机,没有气缸盖结构,使发动机的结构进一步简化缩小,十分适用于应用在无人机之上。本文主要研究优化了无人机用OP2S发动机的燃烧过程。发动机的缸内燃烧是一个十分复杂的过程,其受到喷油提前角、喷油压力、进气压力等多个参数的共同影响。基于北京理工大学提供的原型机试验数据,本文利用整机性能仿真软件GT-POWER和三维计算流体力学仿真软件AVL-FIRE搭建了相应的一维仿真模型和三维计算流体力学模型,利用一维仿真模型获得三维仿真模型的边界条件,并对仿真结果和实验数据进行了拟合。针对无人机用发动机的性能需求,对原型机部分参数进行了优化调整,从而使调整后的发动机参数更适用于无人机,并对喷孔参数、喷油锥角、喷油提前角等多个参数进行了仿真优化。本课题分别研究了OP2S发动机的喷孔参数、喷油锥角、喷油提前角(即喷油时刻)及喷油压力的变化对发动机气缸内燃油分布、温度场分布、缸内压力曲线及放热率曲线的影响。喷孔数为4,喷油锥角为50°、喷油提前角为30°CA,喷油压力为140 MPa时,发动机的燃烧过程较好,缸内平均压力和前期放热率较高。考虑到发动机的工作过程是多种参数共同作用的情况,建立了7因素3水平正交试验表,通过正交试验设计的方法,探究了喷油压力、喷油温度、喷油时刻、进气压力、进气温度、喷孔直径及每个喷油嘴上的喷孔数7个因素对发动机性能的影响,通过分析试验结果的极差和方差的方法对发动机的性能及排放进行了分析优化,并分析对比了优化前后的发动机的压力曲线、放热率曲线以及NO和碳烟的分布。优化结果使发动机指示平均有效压力提升了约17%,有效燃油消耗率相对下降,缸内碳烟生成量大幅减少,但发动机的NO排放较优化前略有增加。