气动汽车以压缩空气为动力源，作为一种“零污染”的新能源汽车正在受到汽车行业发展的青睐。针对目前气动发动机型式单一及动力系统续航里程增加有限的研究现状，提出了一种采用单螺杆膨胀机作为气动发动机，并辅之熔盐加热和引射器技术的新型气动汽车动力系统。该系统综合运用了单螺杆发动机、熔盐加热及喷射器在结构特性和传热特性上的优势，体现了较大的优越性。以探索新气动发动机的工作特性、新动力系统性能优化及可行性应用为目标展开了理论和实验的研究。　　借鉴单螺杆压缩机设计基础建立单螺杆膨胀机的结构设计模型，从理论上对单螺杆气动发动机的结构特征及性能参数进行研究。获得了螺槽内部工作容积、工作压力随转角的变化，揭示了膨胀比与进气口设计的关系，并掌握了膨胀机流量和功率等性能参数的影响因素。能够指导不同应用需求单螺杆膨胀机的结构设计和设备选型。　　建立了单螺杆发动机动力系统的结构和数学模型，并采用火用分析方法对系统能效利用水平及各环节火用损失情况进行了研究，指出了提高系统总能效利用的途径。研究表明：系统火用效率约为30％，减压阀存在高达一半的火用损失，采用高膨胀比及高进气温度可提高系统火用效率。　　结合热力学理论及数值优化方法，对多级动力系统的级间分配、结构优化型式以及可行性进行了分析。得到了两级及三级动力系统不同结构型式的最优膨胀比，并针对不同功率需求获得了相应的优化动力方案，构建了较完整的新型动力系统理论研究体系。研究结果表明：系统不宜超过三级；单级系统最优膨胀比为10，宜选择较低的排气压力，较高的存储压力、膨胀比和入口空气温度；从技术水平和续航里程角度具备一定的可行性：多级动力系统宜采用“断开”和分级加热的结构型式。　　针对三种常见的单质硝酸盐(LiNO3、NaNO3和KNO3)和一种常见的混合硝酸盐(Hitec盐：7wt％NaNO3+53wt％KNO3+40wt％NaNO2)，对采用熔盐加热的单螺杆发动机动力系统进行了理论研究。获得了采用熔盐加热的最优化动力方案：两级系统，“断开”型式，并利用LiNO3潜热换热来实现“两级加热”。针对动力系统结构型式确定了压缩空气量与熔盐量的最优配比方案，体现了熔盐应用的可行性和优越性。　　结合单螺杆膨胀机动力系统结构特征，初步设计了几种引射方案，分别对气体引射器工作特性、结构设计及动力系统引射性能进行了理论研究。计算分析表明，当采用引射器方案后，动力系统总输出功可提高约18％，体现了气体引射器应用于气动汽车动力系统中的优越性。提出了引射器结构设计的计算方法，为今后进一步深入研究及引射器结构设计提供了理论基础。　　针对实验室自主研制的螺杆直径为155mm和175mm的两款单螺杆膨胀机，分别以空压机和高压气瓶为气源设计和搭建了压缩空气动力系统实验台，对膨胀机的工作性能及效率进行了实验研究。初步研究结果表明：当采用气瓶气源时，膨胀机处于变工况运行，工作过程分成“渐变段”、“阶跃段”和“稳定段”三个阶段，这主要是受减压器工作特性的影响；高进气压力、进气温度及高转速下，膨胀机可获得较好的动力性能、经济性能、制冷性能和工作效率；实验获得膨胀机的最大输出功率约22kW，最大温降约74℃，最高效率约60％，最低气耗率约60 kg/kw·h。实验室自主研制的首批膨胀机体现了较好的工作性能，且存在一定的改进潜力，进一步从实验角度验证了作为气动发动机的可行性和优越性。