对于火花点燃式发动机来说，爆震现象是制约火花点燃式发动机压缩比和热效率的主要因素一直以来都是内燃机工作者力求攻克的技术难题。为了达到研究爆震机理的目的，研制了一台基于液压工作原理的光学快速压缩-膨胀机。首先介绍了国内外的研究现状和快速压缩-膨胀机具有的优缺点，以及本研究所开发的快速压缩-膨胀机用来研究爆震时具有的优势，包括结构紧凑、压缩时间短、高压缩比且灵活可调和开阔的光学视场。其次详细介绍了试验机的几大系统的结构和工作原理，主要由液压驱动系统、活塞组和加热系统、混合气制备系统、控制及数据采集系统等。其次本研究还进行了快速压缩-膨胀机的仿真试验，搭建了AMESim一维仿真模型，仿真分析了液压源压力、活塞组质量、点火相位等因素对活塞运动规律的影响，以及液压源压力和节流孔面积对压缩比的影响，为之后的试验改进实和验方向提供了的参考。仿真表明：在极限压缩比范围内，节流孔孔径不变的条件下，液压源压力越大，压缩比越大；液压源压力不变的情况下，节流孔孔径越大，压缩比越大；燃烧和点火相位对活塞运动规律的影响主要体现在燃烧相位上，由于点火靠近上止点，初期燃料放热量较小，对压缩过程基本没有影响，在膨胀过程中则由于燃烧引起的高温高压，加速了活塞膨胀，且膨胀量较未燃烧时明显要大。通过一维仿真后，对自行设计开发的快速压缩-膨胀机进行试验、考察和和优化，最后通过试验来验证快速压缩-膨胀机的性能。试验结果表明：仿真结果能预测快速压缩-膨胀机缸压的变化趋势，但缸压峰值有差异；18压缩比时压缩终点最高压力达到5.7MPa，数据重复性较好，最大压力波动率3.2%，调整液压源压力和节流孔面积，可以改变压缩比，液压源压力越高，等效节流孔孔径越大，压缩比越大，压缩终点压力也越高；之后通过样机的变参数试验，在该装置上依次再现了HCCI、火花点燃和爆震燃烧过程，说明该装置不但能用于爆震的研究，还能用于其他多种燃烧过程的试验模拟研究。