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为了维持水下开式循环涡轮发动机系统的高性能和经济性，针对系统对于工况变化极为敏感的工作特点，计算了喷管在各种工况下的出口速度，分析了变转速、变压力条件下的涡轮输出转矩，建立了适用于系统优化和新型控制器设计的系统数学模型。以设计压力比为关键参数，取该模型的稳态特性，可得到由系统转速、航速、燃烧室压力、航深、推进剂耗量以及设计压力比构成的封闭代数方程，以多速制组合航程最大为寻优目标，可完成系统所有设计参数的优化。实践证明采用该模型可使系统经济性提高8％以上。