气动发动机是一种利用发动机缸内的高压压缩气体膨胀,将压力能转化为机械能的动力设备。它不消耗石油等化石燃料,无污染废气排放,如作为汽车动力,气动汽车将是零排放的清洁新型汽车交通工具。但存在一个问题,气体能量转化率不高,所以有必要对气动汽车进行深入研究,尽可能提升发动机整体性能。本文详细分析了气动发动机工作原理以及高压空气在缸内工作过程中能量释放的特点,通过理论分析,建立了两级膨胀气动发动机数学模型,搭建了动力系统仿真平台,进行相关的仿真分析,并做了有关性能实验,对于气动发动机的研究和优化设计具有一定的指导价值。论文主要研究内容如下:第一章综述了气动汽车产生的背景,在气动汽车相关领域国内外研究的现状,说明了对气动发动机进行有关性能分析研究的意义,提出本论文主要的研究内容。第二章论述了气动发动机动力系统组成,研究了气动发动机工作原理及高压空气在气动发动机中能量释放的特点,研究表明,改善发动机缸内气体工作循环的热交换条件,使其尽量进行等温过程,是提高发动机效率的重要途径。第三章运用热力学理论对两级膨胀气动发动机的工作过程进行了分析,建立了相应的数学模型,为后续理论研究打下基础。第四章利用AMEsim软件对气动发动机进行建模,对两级膨胀气动发动机工作特性进行了研究,分析了转速、配气相位、进气压力等主要参数对发动机性能的影响规律。利用DOE和NLPQL联合进行配气相位的优化分析,并得到优化结果。第五章建立了气动发动机的实验台架,完成了发动机性能的台架实验,分析了实验数据与仿真数据产生差距的原因。