自由活塞式斯特林发动机利用氦气作为工质介质,具有热源适应性好、理论热效率高、可以利用低品位能源及结构简单等特点,对于能源高效利用、废热回收等方面具有很好的应用前景。本文对自由活塞斯特林发动机进行了动力学建模、计算和仿真。运用振动系统的旋转矢量法对自由活塞斯特林发动机进行了分析和计算,得出了该自由活塞斯特林发动机的矢量图解。根据发动机设计参数,利用矢量图,获得驱动活塞的气动力值。利用Adams仿真软件分别建立动力活塞和配气活塞虚拟样机模型,通过给定活塞的气动力,振动系统的刚度系数,阻尼系数,仿真得到活塞的振动曲线;将活塞位移曲线,速度曲线,加速度曲线与理论计算值对比,验证理论计算结果的正确性。对活塞振动系统的固有频率进行了研究。阐述了活塞振动系统的振动原理,将活塞振动系统看作单自由度的有阻尼的由简谐激振力引起的受迫振动。利用共振原理,设计实验获得活塞振动系统的固有频率。通过激振器激振活塞振动系统,并在板簧上粘贴应变片,通过惠斯通电桥,信号放大器输出位移信号。利用此测试系统,分别对动力活塞振动系统和配气活塞振动系统进行测试,获得了活塞振动系统的实际固有频率。为进一步对自由活塞斯特林发动机的性能进行试验验证,建立了试验平台并进行了整机试验。整机测试试验效果不佳,发动机没有起振。通过对试验过程及结果的深入分析发现,发动机没有起振的原因是动力活塞与气缸之间的间隙过大,导致工质泄漏量过大。建立了发动机的启动激励系统,保证活塞可以建立起足够的压强差。对自由活塞斯特林发动机动力活塞间隙密封的特性进行了研究。对动力活塞的间隙密封进行了理论分析,建立了数学模型,分析了影响因素,并进行了泄漏量的数值计算。并重点研究了间隙值的大小对泄漏量的影响,取了四组间隙值计算了半周期的泄漏量。搭建了自由活塞斯特林发动机活塞泄漏量试验平台,并进行了试验,发现间隙越小,泄漏量越小,密封效果越好。分析了泄漏量对发动机启动时的影响,改进了加热器的加热方式。