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通过建立预冷型ATREX ( Air Turbo-Rocket Expander-cycle)发动机的非线性变比热气动热力模型,计算分析了其循环性能和飞行马赫数范围,对比了采用不同燃料对发动机性能的影响。针对计算中出现的预冷型ATREX 发动机在高马赫数下比冲低的现象,给出了一种优化预冷器参数设置的计算方法。仿真结果表明,预冷型ATREX 发动机具有可采用高设计增压比的压气机和可工作于更宽广的飞行马赫数范围的特点,可以作为两级入轨空天飞机的助推级推进系统;对循环参数进行优化计算后,原有的高马赫数比冲低的现象得到明显改善;计算表明了应依据燃料的比热容和热值来衡量及选择预冷发动机采用的燃料。