由于空气稀薄,冷源不足,航空活塞发动机在海拔20km的高空环境下工作时会面临巨大的散热问题。而高空、长航时已经成为活塞动力航空器发展的主要方向,因此散热器的设计已经成为了促进航空活塞发动机发展的关键环节之一。为了保障发动机在20km高空环境下的正常工作,航空活塞发动机的散热器需要进行高空环境的适应优化设计,但高空散热器的设计非常依赖于试验设备和高空平台,现有的散热器研究因缺乏高空试验数据,尚未形成完整的高空散热器设计理论体系。本文以某型航空活塞发动机为研究对象,计算了该发动机的热量分布,并为其设计了一套可用于20km高空散热的液冷散热器,最后针对该散热器进行了地面试验、仿真分析、优化设计和高空特性分析等工作,主要工作内容及结论如下:首先结合20km高空环境特点和发动机参数分析确定了航空活塞发动机在工作状态下的需要进行液冷散热的主要部件,同时计算得到增压空气系统、滑油系统和发动机缸头等部件的热量分布。结合发动机进气增压的需求,根据增压气体状态的变化计算出,在功率为70k W的航空活塞发动机中,增压空气系统的压缩空气产热高达29k W,与发动机缸头的散热量相当,是导致高空散热困难的关键热负荷之一。其次设计了两套航空活塞发动机液冷散热系统的整体布置方案,以发动机的尺寸和散热需求为约束条件确定了具体的散热器布置形式。对各个冷却回路进行一维仿真分析,确定了各散热器的尺寸、形式等设计参数细节。然后以设计得到的各散热器模型为对象展开了散热器高空性能的三维仿真分析,结果表明,基于地面试验数据进行高空工况的推算会造成10-15%的计算误差。最后对设计得到的散热器进行了地面试验验证和优化设计,地面试验的结果验证了散热器三维仿真分析模型的准确性,同时修正了一维仿真计算的结果。通过验证后的三维仿真模型,计算了不同优化方案和不同海拔的散热器性能表现情况,得到了散热器优化的具体方案和散热器的海拔特性规律。