近年来,无人机、单人飞行器等新型高紧凑性移动平台蓬勃发展,动力装置是这些平台的核心。化学电池难以满足这些机械系统对能源的要求。若使用内燃机作为微型能源系统的原动机将具有:能量密度高、工作稳定、成本低廉等优点。因此,设计一种适用于中小型移动平台的小型内燃机具有重要的意义。论文所研究课题来源于部委级项目,针对往复式活塞发动机存在的不足和现有双转子发动机在小型化过程中的种种困难,提出了一种新的小型双转子发动机设计方案。这种双转子发动机的特有的结构特征使得其比现有的双转子发动机更容易实现小型化。围绕这种新的结构进行发动机辅助系统的设计、理论分析、仿真实验,为小型双转子发动机的进一步研究提供了重要的理论依据与指导。概括起来,论文工作主要体现在以下四个方面:(1)从原理上讲双转子发动机主要分为差速机构和动力缸体两个部分,以往的发动机设计中,差速机构和动力缸两个部分在机械结构上是两个较为独立的机构。本文设计了一种新的适用于双转子发动机的新型结构,这种结构的主要特点是在机械结构上把双转子发动机中原本分离的两个部分结合起来。新的设计方案结构完全对称、节省空间、简化机构、装置运动可靠性高、便于小型化。(2)设计了完整的一套适用于小型双转子发动机的辅助系统。辅助系统包括飞轮、配气系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统。在配气系统设计过程中,证明了小型双转子配气过程与凸轮形状无关,此外还证明了小型双转子发动机易于实现几个典型热力学循环之间的转换。(3)建立了小型双转子发动机运动学和其在理想奥拓循环下工作的数学模型,利用这一数学模型对小型双转子发动机的功率输出进行分析。发现小型双转子发动机的在功率输出时仍存在一定程度的泵气损失。建立小型双转子发动机的虚拟样机模型,用小型双转子发动机的虚拟样机得到了一部分的运动特性,并得到了小型双转子发动机的空载启动特性。(4)用有限元方法对小型双转子发动机进行分析,得到了小型双转子发动机的模态特征,将其模态特征与传统双转子发动机进行比较,发现小型双转子发动机的整机固有频率更高。用瞬态动力学方法对两种活塞布置方案进行了比较,具体说明了文中所提出的活塞布置方案在形变上优于传统的双转子发动机活塞布置方案。