无人机不仅即将作为军事战争不可缺少的航空武器装备,并且在民用航空航天领域也有很好的应用远景。二冲程发动机作为航空动力装置,具有构造紧凑、质量轻、升功率高、成本低廉等优点,显然有更大的优势。但其结构上存在缺陷,例如扫气过程中,混合气随废气一同排出,难以保证发动机动力性、安全性以及经济性的需求,故航空活塞发动机的相关技术发展显得迫在眉睫,尤为重要。本文研究对象为一台二冲程发动机,通过技术改造为航空活塞汽油机。因采用回流扫气的结构、可变排气和缸内直喷技术,理论上,可以改善扫气过程中的残余废气,封存更多新鲜空气,减少燃油混合气的短路损失。在研究过程中,采取数值模拟技术与台架试验相结合的手段,为保证实体几何模型的准确性,本文采用激光三维扫描技术构建发动机三维实体模型,使用奥地利李斯特公司开发的CFD仿真软件建立了二冲程发动机缸内流场的仿真模型,并通过试验为仿真模型提供边界条件并进行模型标定,从而获得精确的数值计算模型。结合原机扫气系统结构设计,对进排气道进行优化匹配,提出多种方案,利用三维仿真模型分析比较方案,研究发动机结构对扫气过程的影响,包括残余废气分布、气流运动形式、湍动能和气流平均运动速度的影响,在此基础上优选出适合于飞行工况下的活塞航空汽油机的发动机扫气系统的结构。在选定的发动机扫气系统的结构基础上,研究缸内燃油直接喷射系统的喷油参数对缸内混合气形成的影响规律。首先研究喷油方向对混合气形成的影响规律,基于优选的喷油方向,研究飞行工况下喷油时刻对混合气形成的影响规律。同时,开展研究喷油压力、喷油锥角等不同方案对混合气形成的影响规律。对火花塞位置、火花塞数量及火花塞布置方式等方面研究优化适合额定飞行工况下点火方案。研究发现双火花塞布置方案更有利于组织快速燃烧,特别是采用非对称布置方案,对火核的形成及传播扩散更有利,增大火焰面密度,使缸内燃烧更稳定。本文对某型号航空活塞汽油机缸内工作过程特性进行CFD数值模拟仿真,计算结果为该发动机扫气过程,喷油雾化及点火燃烧过程优化控制策略,并指导实际工程设计。