推进系统高压气路是保障飞行器平稳运行的重要组成部分,主要为下游元件及回路供应稳定的压力和流量,高压气路的性能直接影响飞行器的动力。为提升推进系统高压气路的性能,本文针对某航天推进系统高压气路及关键元件展开研究,基于功率键合图、数值模拟、实验验证和响应面分析等方法研究高压气路及关键元件的动态特性,主要研究内容如下:阐述推进系统高压气路的组成及原理;基于键合图法建立高压气路气罐、双级气体减压器和直动式气压安全阀的功率流变模型,结合流体连续性方程和能量方程分析双级气体减压器和直动式气压安全阀的工作过程,建立高压气路及关键元件动态特性的数学模型。基于有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）和双向流固耦合（FSI）理论,研究双级气体减压器工作过程中内部流场的变化情况,分析减压器流场变化对结构的影响;针对减压器反馈膜片变形大、灵敏度高的特点,研究不同结构和材料下反馈膜片的力学特性。基于FEA理论研究直动式气压安全阀密封圈的力学特性,分析结构、接触面积和预压缩量对密封圈形变和接触应力的影响规律;基于FSI理论研究安全阀的流场特性,获得内部压力场、速度场的分布情况,分析流场变化对安全阀结构的耦合行为。利用高压气路关键元件的功率流变模型和数学模型建立高压气路的AMESim仿真模型并基于实验数据对模型进行验证;考虑仿真与实验结果的一致性,利用AMESim仿真研究设计参数对双级气体减压器一、二级结构和直动式气压安全阀动态特性的影响规律。以AMESim仿真结果为统计基础,采用响应面方法（RSM）进行回归分析,获得设计参数影响双级气体减压器一、二级结构输出特性的回归方程,判别设计参数显著性及交互效应;利用NSGA-II算法对回归方程进行多目标优化,获得双级气体减压器一、二级结构的最优设计参数。本文所得结果可为改善推进系统高压气路的性能提供一定的研究思路和技术手段,为双级气体减压器和直动式气压安全阀的设计和优化提供一定的参考。该论文有图119幅,表38个,参考文献123篇。