二冲程活塞汽油机广泛应用于无人机等小型航空飞行器中,但相较于汽油,重油燃料具有更高的闪点,这对于燃料的使用、存储及运输更加安全可靠。但由于重油燃料粘性大、蒸发性能差,辛烷值低(29-46),使其在缸内雾化效果差,导致发动机冷启动困难,爆震极限功率极低。采用缸内直喷技术一方面可以改善重油燃料在点火时刻的雾化质量(使用雾化质量较好的高压旋流喷嘴或气助雾化喷嘴),保证改烧燃料后发动机仍旧具有原型机的动力性;另一方面,实现缸内直喷化可以大幅度减少燃料的扫气损失和过后排气损失,从而降低发动机油耗,并且有助于采用涡轮增压技术来加强发动机的高空动力性。本文以Hirth公司旗下4201发动机为原型机,利用ANSYS公司的流场分析软件FLUENT和动网格技术进行了燃烧室改型前后各方案的缸内流场及喷雾场数值模拟,指出了小型航模活塞发动机燃烧系统直喷化改造的关键技术和设计思路。结果表明,采用改型后的偏置花燃烧室结构,可以显著提升发动机高速工况下的扫气效率,并改善重油燃料的雾化质量,当喷油器与竖直方向呈5°左右时,偏置方案一中缸内燃油混合气有一定的分层效果,且在火花塞附近形成较浓的可燃混合气。为了进一步实现改造方案的产品化,本文最后进行了高压旋流喷嘴的小型化改造设计。以马瑞利公司旗下的一款旋流喷嘴为原型,利用UG软件设计出喷嘴的针阀组件结构参数,并利用AMESim软件对电磁阀组件进行了设计和匹配,使得设计的喷嘴其流量特性满足文中小型二冲程活塞发动机的供油需求。为今后进一步开展试验研究及开发工程样机奠定了良好基础。