随着无人机(UAV)在军事领域与民用、科学研究领域的应用越加广泛,对无人机发动机性能的需求也越来越高。目前,二冲程发动机作为中小型无人机的动力装置被广泛使用,但由于高空空气稀薄,发动机的进气量不足,使发动机的有效功率大幅下降,燃油消耗率大幅上升,难以满足无人机高空长航时的任务需求。而增压技术作为发动机功率恢复的重要手段,能够提高发动机在高海拔进气条件下的有效功率,降低燃油消耗,使发动机具有良好的高海拔适应性。本文以一款三缸二冲程航空活塞发动机为研究对象,使用GT-power软件建立了发动机的一维性能仿真模型,并对其可靠性进行验证。根据无人机7000m飞行升限的任务需求,确定了发动机的设计工况点及增压后的目标功率。结合发动机原机的一维仿真模型仿真结果,选择采用废气涡轮增压技术进行增压,并通过计算得到涡轮增压器的离心压气机与向心涡轮的总体设计参数。根据所得的设计总参数,自编程序进行离心压气机与向心涡轮的热力学计算,得到其进出口的几何参数及速度参数等。进行了离心压气机与向心涡轮的几何建模,得到了压气机和涡轮的三维几何造型。使用NUMECA软件对所得的几何造型进行了数值模拟计算。对压气机和涡轮的设计点流动状况进行了分析并与原始假设进行了对比。对非设计点的性能进行计算,用于绘制压气机和涡轮的特性图。在GT-power软件内对发动机原机一维性能仿真模型进行增压化改造,用于进行发动机与涡轮增压器的匹配研究。研究发现,增压器与发动机的匹配状况良好,发动机的大多工况点位于压气机和涡轮特性图的高效率区,且远离喘振线。增压发动机在高海拔进气条件下的有效功率比发动机原机有着显著的提升,且燃油消耗率更低,更适合具有高空长航时任务需求的无人机。针对二冲程发动机排气系统特性,对增压前后气缸排气口的压力波型进行分析研究,发现增压后动排管与发动机的调谐转速发生变化。对原动排管内的压力波传递进行了非定常数值模拟研究,证实了三维非定常计算可捕获动排管内的压力波反射特征。仿真研究结果表明为了更好地实现动排管与增压后发动机的匹配,需要对动排管进行优化设计。