由于燃料运输与使用安全的要求,目前轻型无人机广泛使用的二冲程航空活塞发动机愈来愈重视点燃式重油发动机技术的发展。航空活塞发动机所使用的重油燃料包括航空煤油和柴油燃料,闪点较高,但蒸发性极差,不易在缸内形成可燃混合气,冷起动困难,低速小负荷工况燃烧不稳定,且燃烧时因为燃料的辛烷值较低容易发生爆震,因此近年来国内外许多内燃机工作者一直致力于二冲程点燃式重油发动机燃烧技术的研究。本文着重于二冲程煤油发动机的爆震特性数值预测研究与性能试验研究。文中通过数值模拟分析了不同工况下点火时刻和空燃比对煤油发动机燃烧的影响,并做出了数值优化,使发动机性能达到较高的要求;完成了煤油发动机冷起动试验和部分负荷工况下喷油和点火正时电控系统的标定试验,分析了不同工况下爆震对煤油发动机性能的影响。其具体工作如下:(1)利用GT-power软件建立了原型机一维整机性能仿真模型,仿真结果与原型汽油机测功器台架测得的试验数据对比误差保证在5%以内。以航空煤油为燃料,采用了可以预测爆震的预测型燃烧模型,研究了不同点火正时和空燃比对爆震特性的影响,基于DOE方法实现了参数优化的目的。研究结果表明:推迟点火有助于抑制爆震,但过多的推迟点火对功率输出影响很大;在大负荷工况,当空燃比为11左右时煤油发动机容易发生爆震,过浓或者过稀的混合气都有抑制爆震的效果;对点火时刻和空燃比采用拉丁超立方抽样选取,运用GA Standard遗传算法优化,使煤油发动机功率恢复系数达到80%以上。(2)建立了试验样机螺旋桨试验台架,匹配大桨距的重桨,通过缸盖预热和混合气加浓,使得煤油发动机顺利冷起动;同时完成了电控系统喷油脉宽和点火时刻的标定试验。试验结果表明:缸盖上的火花塞垫片处温度预热到60℃以上时,通过适当加大冷起动时的喷油脉宽可以使得煤油发动机快速起动;二冲程煤油发动机在低速小负荷下运行时因为缸盖过冷燃烧极不稳定,失火现象严重,且两缸燃烧状态差别很大,排气温度最大相差140℃;在节气门开度为63°、转速为5600rpm时,点火时刻推迟了1.2°CA,爆震被有效抑制;相比于汽油,煤油燃料燃烧时发动机缸头温度较低,节气门开度低于40°时两种燃料性能输出相当,在节气门开度超过50°、转速大于5000rpm时煤油发动机转速低于汽油机200rpm以上。使用小桨距螺旋桨时,煤油发动机转速能达到7200rpm以上,满足设计目标转速要求。(3)在测功机台架上完成了低转速部分负荷工况下煤油发动机试验标定。试验表明:发动机爆震时缸内压力产生严重的锯齿高频率波动,最大压力是正常燃烧的3倍以上,强烈爆震会使功率急剧下降;推迟点火时刻可有效抑制爆震,但造成排气温度升高,通过混合气加浓,排气温度有明显改善,且爆震消除。当过量空气系数维持在0.85~0.9左右时,发动机运行状态良好。最终,在节气门开度为55°时,通过对比煤油发动机与原型汽油机的扭矩、功率试验数据,其功率恢复系数在82%~86%之间。