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微小型无人系统研究的重点和难点在于微动力系统。微小型活塞式发动机是目前最合适的动力源，但理论研究尚未涉及。论文重点发展柱塞横向运动的建模与仿真技术，并从摩擦学的角度对微小型发动机的设计问题作理论探讨。
针对微小型发动机无活塞环，无活塞销的结构设计，论文建立了描述柱塞横向运动的动力学模型，对其运动轨迹进行了仿真计算，并研究了理想状况下工况参数的影响。该模型的建立使得混合润滑的研究领域扩展到微小型发动机。
为了计算微小型发动机的热负荷，论文利用非线性有限元方法对柱塞组件的温度场进行了模拟计算，并确定了各种工况下的热变形。研究发现微小型机气缸温度场的分布受排气窗的影响，具有非轴对称性。在窗口附近温度梯度大。缸壁变形为变截面的椭圆锥台。柱塞球铰部分温度高热应力大，容易失效。柱塞裙部变形后向内凹。微小型发动机的散热效果好，定性和定量的分析表明除了得益于螺旋桨的高速冷却效果外，还与比散热面积大的体积效应有关，但热效率更低。
为了完善所建立的动力学模型，论文将排气窗、热变形以及压力变形考虑到计算中，使仿真结果更加逼近真实工况，并通过对比计算研究了各因素对发动机工作的影响规律。研究表明窗口改变了油膜压力的分布。油膜压力变形使柱塞底部内缩，膜厚增加，摩擦功耗减低。热变形的效果相反。但两者对柱塞的运动姿态的影响相同。
应用遗传算法论文对微小型发动机的整体参数、结构参数和摩擦学参数进行了优化设计，并提出了限制球铰偏心、保持合理间隙、增加往复运动机构的质量以及以高转速为准的设计准则。论文所提出的分类优化的原则，即避免了各子系统间的干涉，又保证了系统的协调。研究发现抛物线形线使柱塞二次运动的幅值减少，功耗降低。
论文还开展了微小型发动机的实验研究。自行研制的综合试验台架很好地解决了高转速下的动平衡问题，设计合理，工作可靠。论文提出了微小型发动机性能参数的测试方法，并成功地进行了一系列试验。形线减摩效果试验的测试数据和计算结果吻合良好，验证了论文对微小型发动机摩擦与润滑情况所进行的仿真计算。试验表明论文所发展起来的实验方法和手段对于微小型发动机具有良好的适用性。