超高压比增压系统是发展临近空间无人机动力系统的关键,由于单级压气机存在增压上限,需要采用多级增压系统来实现超高压比的增压目标,发展超高压比多级增压系统以实现无人机临近空间的飞行需求对于我国的国防安全具有重大意义,而匹配技术是研发多级增压系统的关键。本文通过理论与仿真的方法,开展了临近空间超高压比涡轮增压系统的匹配技术研究,完成了TS145临近空间超高压比涡轮增压动力系统原理样机研发工作,该系统清华大学具有完全自主知识产权。针对两级增压系统级间匹配研究,本文通过理论分析,首先依据临近空间动力系统的设计需求,确定了系统总增压比为27以及两级串联增压的增压形式,在此基础上,首先进行两级增压系统高低压级压气机的级间匹配研究,以两级压气机总消耗功率最小为原则,兼顾进气系统其余部件的设计合理性,最终选定高低压级压气机压比分别为4.5和6。以此为基础,依据压气机与涡轮匹配原则,进一步确定高低压级涡轮的关键性能参数,完成两级增压系统的级间匹配研究。针对两级增压系统与发动机匹配研究,本文利用GT-Power仿真软件,首先搭建了单级增压与发动机联合仿真平台,通过实验数据完成单级增压平台的标定。在此基础上,建立两级增压与发动机联合仿真平台,并通过单旁通阀模块控制增压系统增压压力,实现增压系统与发动机在全飞行工况内的功率匹配,最终得到0-20km旁通阀控制规律和两级增压各级压比变化规律,完成增压系统与发动机级间匹配研究。针对关键部件高效设计,本文不涉及具体三维几何迭代优化的实现过程,而是针对临近空间超高压比工况的特殊性,研究其对压气机和涡轮的设计产生的影响。对低压级压气机,提出了低雷诺数下离心压气机性能修正以及优化设计方法以提高压气机性能。对高压级涡轮,提出了为充分利用发动机脉冲废气能量的最佳涡轮进口布局结构以优化涡轮性能。最终,本文完成了TS145临近空间超高压比涡轮增压内燃机动力系统的原理样机研发工作。对发动机本体进行高空适应性改造以适应临近空间低温低压的大气环境,对系统各部件完成原理样机加工并最终完成该动力系统原理样机研发。