航空重油活塞发动机因燃油经济性广泛应用于无人机、通用航空及军用平台，但其NOx、PM等污染物排放问题亟待解决。本文综述了燃烧室优化、燃油喷射控制、替代燃料及废气后处理技术的减排策略。研究表明，优化燃烧室几何结构、高压共轨燃油喷射和湍流强化可提升燃烧效率并减少排放；生物燃料、SAF和氢能燃料展现出良好的低碳排放潜力；SCR、DPF、EGR等后处理技术可有效降低NOx和PM排放。尽管技术取得进展，但仍面临燃烧优化与NOx控制平衡、EGR与燃烧稳定性兼容性等挑战。未来，智能燃烧控制、新型催化材料、低温燃烧及高效排放处理技术的发展，将推动航空柴油机向低排放、高效率、智能化方向迈进，为航空动力系统的绿色低碳化提供技术支撑。

固体氧化物燃料电池（SOFC）-涡轮（GT）混动系统是未来高性能航空发动机的潜在发展方向。本研究针对氨燃料SOFC-GT混合动力航空发动机进行了建模研究，结果表明，在巡航条件下，该混合动力发动机的比冲可达传统客机涡扇发动机的42%，而比推力显著增加到213%。被研究构型降低了涵道比并相应提高风扇压比，以适应SOFC和间冷-回热系统。压气机放气经过冷却以增强涡轮冷却。基准情况下的敏感性分析表明，向更高的风扇压力比、更小的压气机压力比和旁通比的调整可以进一步优化性能；SOFC燃料利用率是调节发动机推力及燃油经济性的关键因素。研究为氨燃料SOFC-GT混合动力发动机的构型设计提供了参考。

使用可持续航空燃料SAF是减少航空碳烟颗粒排放(数目或质量浓度)的重要途径。但对燃用SAF排放的碳烟颗粒微观特性的研究空白导致难以全面评估SAF的推广对于环境和公众健康的潜在影响。本文探究了燃用100% HEFA-SAF和RP-3燃料的航空活塞发动机排放的碳烟颗粒的微观特性，发动机设计负荷包括慢车(7%)，循环(50%)和起飞(100%)。结果表明：HEFA-SAF碳烟聚集体在起飞工况下具有较大的C/O，而RP-3碳烟聚集体在慢车工况下具有较大的C/O。两种航空燃料衍生的碳烟基本颗粒的平均粒径(Dp)均随发动机负荷的增大而增大，但在所有工况下HEFA-SAF基本颗粒Dp均小于RP-3。从低负荷增大至高负荷时，两种航空燃料衍生的碳烟颗粒内部纳米结构反应性均有所降低。但在慢车工况下RP-3碳烟颗粒反应性较小，而在起飞工况下HEFA-SAF碳烟颗粒反应性更小。

针对航空业碳减排与绿色转型需求，本文提出了一种基于FRAM-ISM耦合模型的氢内燃机混合动力系统安全分析方法。通过融合功能共振分析（FRAM）的动态非线性特征与解释结构模型（ISM）的静态层级划分能力，系统解析了氢内燃机混合动力系统功能网络的风险传导机制。本研究将系统划分为储氢、内燃机、电池等14个功能模块，构建FRAM模型揭示了动态交互与潜在共振路径，结合ISM建立5级递阶结构（根源层至直接影响层），并通过可达矩阵量化模块结构重要度。结果表明：发动机控制系统的结构重要度最高，其故障将引发全局功能共振；冷却系统与传感器系统的层级权重呈现显著环境敏感性。基于分析结果，提出多级容错机制、动态能量管理策略及差异化校准周期等安全改进措施，验证了FRAM-ISM模型在复杂系统风险评估中的有效性，为氢内燃机航空混合动力系统可靠性设计提供理论支撑。

微型涡喷发动机通常采用结构简单的直流环形燃烧室结合蒸发管式供油，但由于燃烧室空间结构紧凑、流动路径短、油气混合不充分导致微型涡喷发动机燃烧室出现壁面温度过高、燃烧效率低和出口温度分布均匀性差的问题。因此本文利用新型优化设计对现有微型涡喷发动机直流燃烧室基于50000转恶劣工况进行改进。通过在燃烧室壁面添加壁面约束改变内部流场结构，增强主燃区旋流强度的同时分离出口处近壁面高温气流，实现提升燃烧效率及降低出口温度分布系数的目的。结果表明回流进气罩改变射流角度向燃烧室头部偏转有效增强了回流区旋流强度，从而增加油气混合时间提高燃烧效率；分离壁面强迫近壁面高温气流分离至燃烧室中部并于分离壁面内部掺混射流混合降温，有效地将出口温度分布系数从1.71降低至0.64。

在全球应对气候变暖的背景下，航空碳排放问题日益突出。天然气作为清洁能源，在航空领域具有巨大潜力，却存在点火延迟时间较长的问题。本文基于数值模拟研究了电热塞（GP）辅助下天然气点火特性。结果表明GP可以有效促进天然气点火，引燃火焰快速从GP防护罩圆形开口和下端向燃烧室内部蔓延。菱形和方形多开口防护罩避免了天然气射流直接撞击GP表面并冷却GP的风险，从而促使GP始终保持高温，有利于天然气点火，点火延迟时间小于单开口防护罩。然而，在GP温度超过一定值时，天然气点火可以忽略防护罩开口设计，单开口防护罩表现出与多开口防护罩一样优异的点火性能，但也带来了GP使用寿命缩短的风险。

金属燃料铝、铁、钙等是重要的零碳能源之一，具有能量密度高、无碳排放、可被还原再循环利用等优点。针对铝基燃料，提出一型用于产热的铝-水-氧反应器，开展了仿真和试验研究。仿真结果显示：铝粉反应器可实现铝-水、铝-氧-水反应，反应核心区温度2800K以上，产生的氧化铝颗粒轨迹可被较好约束在反应器中间，有效减少附壁粘结率。适当的水-铝质量比如2.5-4.5之间，并且掺入氧气反应，可促进反应更快进行，利于火焰稳定；并形成足够的轴向曳力和稳定流动。试验结果表明，反应器可通过甲烷-氧气燃烧预热升温，逐渐替换为铝粉后，可实现若干分钟的稳定燃烧，一定程度上实现了反应器的原理验证。

汽车尾气颗粒物易对人体健康和环境造成严重危害,其中细颗粒物比表面积大,更容易吸附有毒物质和有害气体,成为未来尾气颗粒物排放重点关注方向.本文选用一辆不带颗粒捕集器的车辆,对高原和低温环境下的细颗粒物排放进行详细分析.研究发现, 市区,市郊,高速段的细颗粒物排放因子都呈现出随海拔升高而降低的趋势,其中市区段两者的差距较大,高海拔排放因子较低海拔降低约30%.低温环境下冷启动里程不足总行程的5%,却贡献了将近60%的排放量,较常温提高一倍,且冷启动的细颗粒物排放呈现峰值高、峰值持续时间长的特征,最高排放峰值达1.12×1012个/s,约为常温峰值的1.6倍.低温环境下,数值平均法的计算结果远高于移动平均窗口法,且市区排放因子远超国六PN限值,需要重点关注.

高压油泵的容积效率决定了其供油能力，通过AMESim液力仿真软件构建了高压油泵模型，分析其容积效率的影响因素。研究在全工况范围内探讨了油泵的基本供油性能及容积效率机理，并通过仿真结果与实验数据对比验证了模型的准确性。采用权重分析方法，量化了不同工况下特性参数的影响程度，得到影响容积效率的关键参数，并在典型工况下考察了这些参数对容积效率的影响。结合试验设计与相关性分析，揭示了关键参数间交互作用对容积效率的影响。研究结果表明，柱塞参数间的交互作用对容积效率影响最为显著。通过优化柱塞结构，实现柱塞直径、升程及余隙容积的解耦，可有效提高油泵容积效率。

本研究以186型甲醇/柴油双燃料发动机为对象，建立了GT-Power仿真模型，并结合台架试验数据对模型进行了标定与验证。在此基础上，基于并行仿真框架批量生成大量仿真数据，进一步构建了基于极端梯度提升（XGBoost）算法的机器学习模型，用于预测发动机的热力学性能、燃油经济性及排放特性。所构建的机器学习模型以甲醇替代率、喷射正时与甲醇温度作为输入参数，CA1090、BMEP、BSFC、CO、NOx与HC作为输出参数。结果表明，预测模型在关键性能指标上的决定系数（R2）分别为0.87987（CA1090）、0.99309（BMEP）、0.99999（BSFC）、0.99989（CO）、0.99991（NOx）与0.99999（HC），验证了XGBoost模型能够高效准确地预测甲醇/柴油双燃料发动机的热力学性能、燃油经济性与排放特性。