微型高压空压机在航空、航天以及民用等高端装备领域具有广泛的应用前景,为了提高充气的洁净度,减少润滑油对空气的污染,全无油化是微型空压机的发展趋势和国内外的关注焦点。然而,由于采用全无油的润滑方式,摩擦副发热严重,且微型空压机整体尺寸较小、冷却空间不足,在气体传入下一级前难以充分冷却,从而导致压缩机温升高,长期处于非充分冷却条件下工作,制约了其工作效率的提高。本文针对非充分冷却条件下空压机的效率开展理论和试验研究,从而为空压机的优化提供参考。本研究主要工作如下:根据不同结构型式的空压机所适应的工况、场合的不同以及本研究的技术指标,确定了微型高压空压机的总体结构方案,提出了一种斜盘式多级微型高压空压机,其中,级间冷却采用集成式级间冷却器。在此基础上,进行了微型高压空压机各级压力、温度以及结构参数的计算,并且通过在Workbench中数值仿真的方式对进气阀和排气阀的阀片参数进行了计算。基于空压机的热力学、运动学以及气阀片动态特性方程,建立了微型空压机的效率预估模型,通过此模型可以对缸内气体压力、温度、质量、气阀开度等过程参数和空压机各级的容积效率和等熵效率进行实时的动态监测。为表征空压机的不充分冷却条件,本文将各级进气温度与一级进气温度之差作为变量对空压机进行热力学仿真。仿真结果表明,非充分冷却的程度越高,压缩效率越低。进气温度每增加10℃,各级的等熵效率均降低了约1%,而一级到四级的容积效率分别减小了1.43%,1.86%,2.32%,2.56%,减小程度呈现出逐渐增大的趋势。而且空压机的总容积效率随着进气温度的升高也呈现出减小的趋势。考虑到空压机压缩效率对余隙容积的敏感性,本文首先对单级气缸缸内气体压力进行了模型验证性试验。结果表明实验结果和仿真结果基本吻合,转速1000rpm时吻合程度高于800rpm和600rpm。在验证了模型正确性的基础上,通过将压力传感器安装在级间冷却器上对各级的输出压力进行了测试,经计算空压机的容积效率为47.76%,与仿真结果较为吻合。本文的研究工作揭示了非充分冷却条件下空压机的压缩效率与结构以及工况参数之间的耦合关系,从而为微型高压空压机的优化设计以及效率的进一步提高提供理论依据。