氨作为一种可通过绿色能源再生的碳中性燃料，成为船舶动力最有前景的零碳燃料。相较于船舶低速机，中速机的尺寸和燃烧室体积更为紧凑，活塞速度更高，使得氨的高效清洁应用出现了新的挑战。氨喷油器布置数量受限，氨-柴双燃料喷雾时空分布受阻，引燃效果大打折扣；喷射持续期长，缸内活性受氨汽化吸热的不利影响更大，燃烧效率低。本研究面向国产氨燃料船舶中速机，搭建数值模型进行模拟研究，分析了柴油多阶喷射策略和涡流强度对氨燃料船舶中速机燃烧和排放的调控机制，得出最有潜力的燃烧方案。结果显示，柴油二阶喷射策略在氨喷射前期将柴油提前喷入气缸燃烧，为氨初期反应提供活性氛围与热氛围，并在上止点附近再次引入柴油强化燃烧，有效提高了发动机IMEP和氨的燃烧效率，降低了N2O生成量。并通过调整初始涡流强度，得出了实现高效清洁燃烧的最佳涡流比区间。经优化，发动机IMEP提升4.38%的同时未燃氨和N2O排放最高可降低73.59%和31.37%，NOx排放可满足TierIII标准要求。

自由活塞斯特林发电机是一种适用热源广泛、高效可靠的热电转换装置，尤其适用于航天领域的小型核能系统。在已有基于斯特林循环的核电系统中，反应堆、传热回路与自由活塞斯特林发电机采用分体式布置，系统结构复杂且紧凑程度低。本研究提出一种新型核热驱动斯特林发电机方案，采用内置流道的反应堆堆芯替代原有高温换热器，消除了反应堆与斯特林发动机间的传热回路，实现了反应堆与热电转换装置的一体化集成。为确保反应堆达到临界状态并保护直线电机免受辐射影响，采用了增大堆芯体积、增设中子反射层和声学传输管的设计方法。通过建立数值模型进行仿真分析，研究了中子反射层、声传输管等新增组件对系统性能的影响。结果表明：新型结构的整体热电转换效率超过37%，较已有技术仅降低6.84%，表明内置堆芯自由活塞斯特林发电作为新型核能系统的技术可行性。

自由活塞发电机（FPG）作为一种具有高效、低排放、可变压缩比等特性的新型动力技术成为近年来研究的热点，但由于易发生的高频次、大幅度循环压力波动严重制约了FPG的工作性能。因此本文针对均质混合气这一影响循环压力波动的关键因素对比分析了不同均质混合气下FPG的燃烧工作过程。结果发现，随着均质混合气由1.0降低到0.8，瞬时燃烧放热率和累积放热量却分别降低了36.8%和16.7%，缸内最高温度和指示热效率也下降了9.9%和5%；尤其是缸内最高压力甚至下降了48.6%。同时，缸内燃烧总持续期延长了14.5%；其中，急燃期延长了72.2%，后燃期延长了27.8%。然而，随着均质混合气由1.0升高到1.2，瞬时放热率和累计放热量分别仅提高了5.3%和5%；缸内最高压力也仅提高了7.1%，但是缸内最高温度和指示热效率确分别下降了2.1%和5%；重要的是，虽然缸内燃烧总持续期缩短了8%，但主要是后燃期缩短造成的，滞燃期和急燃期随均质混合气的升高无显著变化。

线性混合动力系统因结构紧凑、适配多燃料等优势在多个交通应用领域前景广阔，而作为此类系统的线性电液混动系统（Linear Electro-Hydraulic Hybrid Power System,简称LEHPS），其无曲轴结构虽带来诸多优势，但无机械约束的自由运动也使其运行稳定性和能量输出连续性易受干扰而偏离正常工况。本文以活塞受力为基础，结合仿真模型分析了LEHPS的循环运行特性。分析LEHPS活塞运动规律为基础，探讨了直线电机、液压系统与活塞运动的耦合及能量传递关系，分析了活塞膨胀末期运动规律及影响因素，结果显示其具有慢压缩快膨胀、上止点加速度大等独特动力学特征，发电及液压输出参数与活塞速度正相关，初始组合效率为44.13%。

集成式制动摇臂是针对传统发动机加装发动机制动功能所采用的一种设计技术方案，具有结构简单、改动量小的特点。由于需结合主升程（正功条件下排气升程的凸轮型线），导致正功条件下排气摇臂存在较大空行程（升程）。该空行程需通过弹簧控制其运动，通常设计中有两处增设弹簧结构：一是在象足与调整螺栓的空间内；二是直接在摇臂滚子上方安装支架固定弹簧，自上而下地压在摇臂尾端。受空间限制，此类弹簧的刚度和预紧力往往远低于气门弹簧。这使得发动机在正功条件下超速运行时，排气摇臂在 CR 和 BGR 型线区域易出现飞脱现象，对摇臂上的调整螺栓产生极大冲击载荷，尤其在超速试验中，易导致调整螺栓疲劳断裂。本文通过过程分析提出几点反思：1. 在空间无法保证弹簧刚度和预紧力的情况下，建议采用小升程压缩释放结合排气制动的设计方案；2. 通过优化 CR 和 BGR 型线降低制动功率，以大幅减小冲击力；3. 集成式制动摇臂的考核必须通过超速试验验证方可放行

本文提出一种考虑疲劳损伤的新型双线性内聚力模型，并基于ABAQUS用户子程序VUMAT开展有限元验证与分析。通过独立单元拉伸断裂模拟，验证了模型在单调加载下的准确性。研究表明，疲劳损伤起始位移仅影响损伤起点，疲劳特征参数决定损伤累积速度，阈值可调节损伤速率。在多轴加载下，各方向强度与断裂应变均降低，损伤提前发生。循环载荷分析显示，位移控制下疲劳损伤逐次等量累积，而力控制下应变逐渐增加，损伤呈加速累积并提前断裂。结果表明，该模型能够合理表征材料与结构在复杂工况下的疲劳裂纹扩展行为，为疲劳破坏机理研究提供参考。

针对某柴油机气门-气门座圈磨损故障，开展气门-气门座圈摩损因素规律分析，确定了主要影响因素的权重比例，其中载荷占比36.8%，气门锥角占比28.3%、接触面积占比17.2%，材料硬度占比17.2%。根据影响因素权重，确定气门-气门座圈摩损主要原因，并制定了相应的改进方案。通过气门-气门座圈强化摩损试验，快速筛选最优方案，并通过了整机500h台架考核验证。

对置二冲程柴油机是一种高功率密度、高热效率的动力系统，因此成为特种车辆辅机及小型动力平台的优选方案。为解决对置活塞二冲程柴油机因喷油器侧置导致的喷雾混合受活塞运动干扰、燃油分布不均及燃烧效率低的问题，该研究提出了侧卷流燃烧系统构型，基于Converge三维仿真对燃烧系统进行参数化仿真并优化油气混合效果与燃烧性能。结果表明，该侧卷流构型参数对室内油雾行径及油气混合效果有显著影响，分流高度较高时，分流造型开口减小、分流造型深度加深，油雾在分流造型内部发生堆积，使后期油气混合质量发生下降，燃烧性能有所降低；分流高度较低时接近无分流造型方案，侧卷流效果不明显，油气混合效果差，燃烧室中部有大量未利用空气；当分流高度适中如4mm时，侧卷流强度高，燃烧持续期最短，指示热效率达50.53%。过高或过低的喷油夹角会使得油雾提前碰壁、侧卷流效果变差；喷孔直径较大时，油雾后期动能不足；喷孔直径较小时，油束初始动能低侧卷流强度低，均会导致燃烧系统性能降低。该研究下得到喷油参数最优组合为内油束升角12°、喷孔直径0.16mm及喷油压力240MPa，此时油气混合效果最佳，指示热效率由50.53%提升至51.39%。

以高压共轨柴油机为研究对象，对冷却液流动以及缸盖、缸套关键点温度进行了台架测试，为热分析提供边界条件及模型验证；建立了缸盖-缸套-冷却水-机体双向流固耦合模型，研究了冷却液流动均匀性对活塞组件-缸孔摩擦副密封特性的影响，并优化了气缸垫上水孔流动特性。研究结果表明：优化后的水套，各缸冷却不均匀性系数平均减小了9.78%，缸套冷却不均匀性得到改善

对置活塞二冲程（OP2S）发动机以其高功率密度和潜在的高热效率，成为新一代柴油发电机组理想的动力源。然而，其在发电机组应用中面临严峻的热管理挑战：散热系统需满足多热源散热需求，同时面临紧凑的空间约束。传统散热系统体积庞大、管路复杂、效率低下，难以满足高集成化发电机组的需求。本文针对以OP2S发动机为核心的柴油发电机组，提出一种高度集成的多热源风冷散热器整体解决方案。该方案采用混联式布局，将散热器四大需求模块，以左右两区、上下两层的紧凑形式高度集成于统一体中。左右两区底部各布置一个独立风扇，通过对冷却风进行分级利用，显著提升整体换热效率。通过实验验证，该散热器满足所有换热单元标准工况散热需求，有效利用了冷却风的分级利用，显著提升了冷却效率。该集成设计为打造紧凑、高效、可靠的新一代柴油发电机组提供了关键的技术支撑。