航空发动机排放的碳烟颗粒对大气环境、人体健康有严重危害，其影响程度与碳烟颗粒的形貌特征、微观结构、化学性质密切相关。本文基于RQL（富油-焠熄-贫油）燃烧室实验系统开展了RP-3航空煤油燃烧实验，排放物中的碳烟颗粒经稀释后采集到了碳支持膜上。之后，基于TEM（透射电子显微镜）对RQL燃烧室排放的碳烟基本颗粒进行了观测，探究了不同功率水平下碳烟基本颗粒的典型微观结构特征及粒径分布规律。然后，结合文献中已有实验结果，构建了基本颗粒平均粒径尺寸与功率水平之间的函数关系，不同航空燃料、不同功率水平下的基本颗粒平均粒径预测结果基本在实验结果的1.20倍分散带内。进一步，参考贝叶斯回归理论，确定了模型参数的概率分布规律，发展了碳烟基本颗粒粒径尺寸概率预测模型。对于特定航空发动机（或燃烧室）和特定航空燃料，基于建立的概率预测模型，可准确预测不同功率水平下的碳烟基本颗粒粒径尺寸分布情况。

分体式飞行汽车是一种具有广泛应用前景的新型载具，通过地面驱动系统与飞行驱动系统的模块化组合，使得这种车辆既能够地面行驶又能够空中飞行。多种驱动模式对分体式飞行汽车的混合动力系统提出了更高的要求，需要重新确定供能单元的最佳选型，这十分困难。为此，需要一种有效的混合动力分体式飞行汽车的动力系统参数优化策略。在保持驱动性能的同时降低动力系统的重量，选择合适的电池组数量和发动机发电机组参数。在本研究中，反螺旋优化算法被应用于求解此参数优化问题，在 MATLAB/Simulink 中实现了相应的建模与仿真工作。优化结果表明，与初始参数相比，整车起飞质量、油耗分别降低了7.06%和16.70% 。

随着活塞发动机无人机的不断发展，在有限的机舱空间以及维持整机功重比这两大限制条件下，提升热交换器（组）的换热性能成为了活塞发动机无人机领域的重要研究目标之一。高空条件下，流经冷却系统的冷却气体的温度及密度急剧下降且压缩性不可忽略。根据雷诺数定义，在飞行速度不变的情况下气体的流动状态会随着海拔高度的上升逐渐从湍流转变为层流，这也将降低对流换热的强度。而装有导流板的机舱内部结构将会在热交换器前形成一个逐步收缩的流道，产生有利的压力梯度，从而导致流体加速，并且流体将在导流板后方产生涡流，因此强化了传热。本文采用了计算流体动力学数值模拟（CFD）方法，对于由平直翅片板翅式换热器以及装有导流板流道所组成的增强型风冷散热器系统进行了仿真分析，对于该系统从海平面到20km海拔高度下的性能进行了预测与评估。研究发现，导流板不同的布置形式将会直接影响到换热能力，而在不同海报高度下即不同的大气物性参数下各自存在着最优布置形式。最后，依据仿真计算结果提出了适用于活塞式航空发动机机舱内导流板的控制策略理论基础。

为改善小型无人机用活塞发动机动力性及经济性，带级间中冷的多级增压技术广泛应用。本文针对一带有三级中冷的两级涡轮耦合一级机械增压四缸汽油机进行一维仿真计算，研究不同飞行高度下各级中冷器压降损失对增压系统及发动机各性能参数的影响。结果表明，中冷器压降会影响涡轮压气机的进气状态，从而改变增压系统的压比分配，进而影响增压系统的增压性能，且随着压降损失的增大，系统总压比呈线性递减；增大中冷器压降损失会使得发动机进气量不断减少，从而增加发动机燃油消耗率并制约发动机的动力输出；不同位置的级后中冷器对增压系统及发动机性能的影响程度不同，低压级后中冷器的影响最为显著，高压级次之，机械级最小。

为改善涡轮增压柴油机的低速性能，本文采用一维仿真的方法，为单级涡轮增压柴油机匹配了电动增压器，探究了电动增压器对发动机及涡轮增压器的影响。结果表明，以经济性最佳为原则，维持原机喷油量，提高电动增压器的转速，可以增加进气量，改善燃烧，增大泵气正功，显著提高指示热效率，从而降低油耗，800r/min满负荷工况燃油消耗率降低了8%；以动力性最佳为原则，逐渐增加喷油量，排气能量增大，进气量增多，爆压变大，扭矩最大可提升27%；另外发现随着电动增压器转速的提高，进气量增加，压比升高，两个压气机运行点均往高效率区移动，增压系统的总体效率提高。

基于高原环境模拟试验台，以单缸柴油机为试验对象，进行了平原0m、模拟海拔高度1000m,2000m,3000m,4000m处的起动性能试验，并研究了喷油压力和循环供油量对柴油机在不同模拟海拔对起动性能影响。结果表明，相比升速期，过渡期受海拔高度影响更大，海拔每升高1000m，柴油机起动过程过渡时间平均延长2.5循环，上升时间平均延长0.81循环。平原工况下随着喷油压力的提高，过渡时间先增加后降低，但上升时间逐渐降低，起动总时间缩短。海拔4000m时，过渡时间与上升时间均随喷油压力先增加后降低。与原机策略相比，喷油量随转速阶梯变化使发动机平原起动过程中转速过渡时间降低，上升时间增加，初始喷油量90mg时总时间较由原机工况的缩短6.79%，提高过渡转速能够抑制转速上冲，缩短起动时间。当海拔为4000m时，降低初始阶段循环喷油量及过渡转速均导致转速上升时间明显增加，增加起动时间。

氨是内燃机实现双碳目标的理想替代燃料，是目前国内外的研究热点，但氨燃烧特性较差，双燃料燃烧模式是一种较好的技术路线，同时PODE具有优良的着火特性且属于碳中性燃料。因此本文基于一台光学发动机和高速摄影系统对氨-PODE3双燃料发动机HCII燃烧特性开展光学诊断研究，试验研究了不同PODE3喷射时刻及不同氨能量占比对发动机燃烧图像及燃烧特性的影响。研究表明，利用PODE3作为引燃燃料具有良好的引燃特性。随着PODE3喷射时刻从-20 CA/(°)延迟到-5 CA/(°)，火焰图像面积、火焰亮度和放热率峰值均增加，缸内压力峰值先增加后降低。在给定DI喷射时刻为-10 CA/(°)的条件下，随着氨能量占比增加，着火落后期和CA50出现相位逐渐滞后，但缸内压力峰值与放热率峰值均先增加后降低，说明存在最佳的氨-PODE3能量比。

为了探究面向高效清洁燃烧的氨氢融合燃料内燃机燃烧策略，研究结合详细的氨氢化学反应动力学机理建立了氨氢融合燃料内燃机数值仿真模型，针对不同当量比下的氨氢融合燃料内燃机燃烧过程及NOx生成演化机制进行深入研究。结果表明：当量比过低/过高均会导致氨氢融合燃料内燃机燃料NOx增加，而化学计量氨氢融合燃料混合气的燃料NOx生成则较低，然而化学计量燃烧导致的高缸内温度将导致NOx排放总量因为热NO增加而激增；此外，进气组分和缸内温度对于热NOx和燃料NOx的生成均有重要影响，但对燃料型和热力型两种性质的NOx排放影响程度有所不同。热NOx在化学计量比附近较窄的当量比范围内主要受混合气组分的影响，而在大部分条件下均对缸内温度产生明显的依赖性，燃料型NOx则明显对氧气浓度变化更加敏感。

航空活塞发动机的振动可能会造成机体结构和仪器的损坏。研究和控制发动机的振动有助于提高航空器使用维护水平，有助于制定积极有效的预防措施，提高航空器的可靠性。本研究通过带桨试验台对某无人机用柴油机振动进行了原理分析及试验测试，掌握了该发动机整体及与桁架联结处附近的振动状态，从而为发动机机体及零部件的减振研究和发动机隔振器的设计、改进提供依据。

传统润滑剂及其添加剂的生物可降解性差，容易泄露从而对环境造成污染。基于生物质合成的生物基润滑剂及添加剂是发展绿色经济的必然趋势。其中生物基添加剂具有丰富的功能性，通过设计合成不同的分子结构以满足工况需求。国内外对润滑剂抗氧剂、抗磨剂、黏度指数改进剂和稠化剂等添加剂先后开发了不同的合成技术路线，部分生物基添加剂的性能与传统添加剂接近，具有工业化应用潜力。通过总结生物基添加剂的研究进展，对合成方案进行了简单的讨论，并对生物基添加剂的未来发展进行了展望。