自上世纪前半叶问世以来,无人机系统的重要作用已经越来越引起世界各国的重视。基于所执行任务内容的需要,无人机要求其动力系统应有寿命长、油耗低、推重比高的特点。与其他动力装置相比,二冲程发动机具有结构紧凑、油耗低、故障率低、质量轻的优势,已成为中低空无人机主要的动力源。因为二冲程发动机的扫气会对发动机性能产生明显影响,因此需要对其换气过程进行深入研究与合理优化。同时,为了适应无人机需长时间在高海拔环境飞行的实际工况条件,需要对所用二冲程发动机进行相应的增压匹配,以保证发动机稳定的动力输出。本文以某具有可变排气策略的车用二冲程汽油直喷发动机为研究对象,以将其改造为无人机用发动机为目标,对其展开了性能研究工作。研究中搭建了发动机性能测试平台,获得了发动机速度特性曲线与定速巡航工况时发动机的缸压曲线,并分析了可变排气对发动机性能的影响;分析了定速巡航工况发动机的燃烧过程与循环变动情况。研究结果表明排气挡阀状态的变化会对发动机性能产生明显影响,原机的可变排气策略存在优化空间。以所研究机型为原型,在GT-Power软件中建立了航空活塞式直喷发动机的性能仿真模型,利用台架试验对模型进行了校验;利用所建立的模型对不同排气挡阀状态对发动机性能的影响进行了仿真和分析;获得了发动机排气压力波动形成机理;通过对不同排气挡阀状态下发动机的换气过程的研究,获得了可变排气对发动机性能的影响规律,并通过对无人机需求的分析结合仿真计算给出了外特性以及定速巡航工况时排气挡阀控制策略的优化方向。在所建立的原机性能仿真模型基础上,结合无人机高空特性需求,利用二冲程涡轮增压发动机性能仿真模型二冲程发动机增压特性与进排气过程的耦合关系;研究了增压发动机在不同海拔下的放气规律;通过对排气系统几何结构参数的研究,确定排气管长度为影响二冲程增压发动机性能的主要因素,并通过对排气系统几何结构的设计实现二冲程增压发动机性能的优化。