随着柴油机循环效率、热效率、燃油经济性等技术的不断提高，多种复合柴油机应运而生。本文通过对Hyperbar增压发动机、绝热涡轮复合发动机深入分析研究，在增压二冲程柴油机的基础上，并结合燃气轮机特性提出新型的复合式二冲程柴油机，该复合方式为涡轮-活塞式。并运用火用分析方法和GT-POWER应用软件对其作了热力学分析及仿真优化，从而确定最佳的涡轮-活塞布置方案。在热力学分析的基础上，针对补燃室和动力涡轮在此复合柴油机中不同的布置方式，提出了7种可能满足本复合柴油机设计要求的方案；通过对整体发动机进行模块分析，并在GT-POWER仿真软件中搭建所选某增压二冲程柴油机的模型，结合试验数据校核所建模型；除此之外，针对原机模型，运用热力学理论对涡轮-活塞式二冲程柴油机并联模式和串联模式进行了规律性探究，并提出了可行性并联模式5种方案、串联模式2种方案；针对上述7种方案建立了仿真模型，并经过仿真计算和结果优化性分析，在满足复合柴油机设计指标的前提下，最终确定了两种满足本文柴油机设计要求的方案。整体发动机进行仿真模型建立的过程中，本文通过对发动机进行分块建模，大致可以分为增压系统、冷却系统、进排气系统、曲轴箱、缸内燃烧模型等几大部分，从而实现从理论上对整体发动机的仿真实现，在此过程中对发动机的结构参数和环境变量的设置尤为重要，需要经过反复运行，并结合试验数据和模型运行后发动机的缸内爆压、单位曲轴转角压力升高度、平均有效压力等重要结果作为参照，对模型进行修改和调整。为了满足仿真结果和试验结果基本一致，本文所搭建的某增压二冲程的模型运行相对误差限制在3%以下。除此之外，鉴于涡轮增压器与柴油机之间为气动联接，增压器与涡轮之间互平衡不受外界影响，整个发动机模型校核过程涡轮增压器调节较为复杂。因此，本文还整理出了其各个参数对其性能影响的规律本文所设计复合柴油机是二冲程柴油机与燃气轮机系统联合循环进行工作。该燃气轮机系统包括燃气发生器、涡轮增压器、动力涡轮等。在低功率输出时，可以充分利用柴油机燃油消耗率低的优点；而在突发工况下，则利用涡轮复合发动机低比重量的优点大幅度增加功率输出。