液压自由活塞发动机的起动系统由起动蓄能器、液压换向阀、位置传感器及控制单元等组成,其中作为起动系统能源和油源的起动蓄能器直接关系起动的成败.分析了液压自由活塞发动机起动的前提条件,研究了起动过程中混合气的组织和能量的流动、耗散及传递等,并在此基础上给出了选择起动蓄能器的理论依据.

液压自由活塞发动机(hydraulic free piston engine,以下简称HFPE)是将内燃机和液压泵集成为一体,以液体为工作介质实现动力非刚性传输的一种特种发动机.在左、右动力腔的交替驱动下,HFPE的活塞组件在腔体中作往复直线运动,同时泵出液压油驱动负载工作.与曲轴式发动机不同,由于不受曲柄连杆机构的约束,HFPE活塞组件的运动规律完全取决于其本身的质量及所受到的作用力.本文通过建立所研制的HFPE样机各子系统的数学模型,重点研究了HFPE样机的动态特性,以期为系统的结构及控制系统提供理论依据.

液压自由活塞发动机是将内燃机和液压泵集成为一体，以液体为工作介质，利用油液的压力能实现动力非刚性传输的一种特种发动机。提出一种特殊结构的液压自由活塞发动机设计方案，并据此研制了双活塞液压自由活塞发动机原理样机。由于压缩比对自由活塞发动机的性能具有重要影响，所以从结构设计、安装方式与行程控制等不同层面，对双活塞液压自由活塞发动机原理样机压缩比进行了详细而系统的研究。研究结果为液压自由活塞发动机的结构设计、控制及安装方式的选择皆有指导意义。

在对内燃式液压自由活塞发动机和单组元液压自由活塞发动机进行比较分析的基础上，提出了一种新型的液压自由活塞发动机——双组元液压自由活塞发动机。从工作原理、释能方式、结构特点、燃料能量密度、单元功率及应用场合等不同角度，对三种液压自由活塞发动机的多种性能进行了比较。探讨了双组元液压自由活塞发动机的点火方式和需解决的关键技术问题，指出双组元液压自由活塞发动机是一种值得深入研究的新型动力机。

为解决传统内燃式液压自由活塞发动机对压缩比控制要求严格的缺点，采用单组元推进剂代替传统的矿物燃料，利用单组元燃料催化分解后释放出的高温混合气推动活塞组件往复运动，提出了一种对外输出液压能的新型液压自由活塞发动机．采用Fluent软件模拟在脉冲工作方式下，催化床的床载、比表面积、孔隙率、流阻等对单组元燃料分解特性和寿命的影响．通过在动力腔头部安装辅助电磁排气阀的方式来提高活塞的运行频率，提高输出功率．采用隔热陶瓷和合理的排气口设计来减小动力腔壁面热量损失，提高输出功率．利用软密封和硬密封相结合的方式来阻止动力腔的气体进入液压泵，保证了系统工作可靠．