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提出了两级膨胀气动发动机的结构形式,对两级气缸分别进行热力学分析并建立气缸工作过程的数学子模型,利用两级气缸在气体交换过程中气体状态变量之间的联系,通过关联两个子模型来构成整体模型.基于该模型对两级膨胀气动发动机的工作特性进行了仿真分析,并与单级膨胀气动发动机进行了对比.结果表明,两级膨胀工作方式能提高气动发动机的输出扭矩和效率,使其在较大的进气持续角变化范围内保持相对稳定的较高工作效率.