为了克服单螺杆气动汽车发动机单级动力系统能量利用率低的缺陷,应用热力学理论对压缩空气两级动力系统性能进行研究,采用变尺度数学优化算法建立数学模型,对两级系统的级间分配进行优化,并通过编程计算,对其获得的级间膨胀比优化结果进行验证,分析系统总效率和加热温度等因素对系统动力性能参数——总输出功和气耗率的影响。理论研究结果表明,储气压力30MPa,储气容积300L的两级系统,当各级入口温度相同时,其最优膨胀比组合为10∶7,此外,9∶7和9∶8也可作为优化膨胀比;系统效率和加热温度越高,系统的总输出功也越大,气耗率与之相反。证明采用两级系统并结合级间加热方式时可以大大改善系统的性能。