液体火箭发动机是一种复杂的热流体动力学系统,涉及到流体、燃烧、传热、化学反应等多种学科领域,多领域耦合已成为现代发动机的一个显著特征。当前发动机建模与仿真研究很少涉及全系统多领域,难以考虑不同组件和不同领域的耦合关系,同时在继承性、拓展性和兼容性等方面还有待进一步提高。Modelica语言是目前盛行的一种多领域物理系统建模语言,已经广泛应用于各类涉及多领域复杂系统的建模与仿真。本文基于Modelica语言设计开发了液体火箭发动机组件模型库,开展了液氧甲烷发动机起动过程和液氢液氧发动机故障模式下工作过程动态仿真研究。首先建立了液体火箭发动机典型组件的动力学模型。其中,离心泵模型采用Suter全特性表达式,克服了起动时零转速和非零流量的计算问题;涡轮模型中效率采用截距为零的多项拟合式表示,解决了起动时零转速下的计算难题;转子模型考虑起动摩擦力矩的影响,能有效分析不同力矩下发动机的工作状况。在推力室模型中考虑燃烧区域的长度、圆柱段及喷管边界层厚度变化和流动加速性等实际情况对燃气侧传热的影响,在巴兹法基础上,通过添加相关修正系数,建立了修正的巴兹法。基于通用化、模块化建模思想,在OpenModelica开源仿真软件上,采用“自顶向下的系统分解、自底向上的系统构建”的架构,根据各组件的动力学模型,开发了推进剂及燃气物性、推力室、涡轮泵等仿真模块,并且充分考虑了模型的可扩展性和继承性,建立了液体火箭发动机仿真模型库。基于仿真模型库,建立了液氧甲烷膨胀循环发动机挤压试验的起动动态仿真模型,通过与试验结果对比,初步验证了模型的准确性和适应性。然后对液氧甲烷发动机全系统进行了动态仿真,分析了涡轮泵起动摩擦力矩大小、氧主阀小开度大小、转级时间对起动过程的影响,提出了起动时序的调整建议。另外还建立了液氢液氧发动机氧涡轮后堵塞介质模拟试验系统仿真模型,通过与试验结果对比,初步验证了模型能有效模拟故障模式下发动机参数的变化趋势。之后通过开展氧涡轮后堵塞模拟试验全系统动态仿真,分析了不同堵塞程度下,发动机各主要参数的变化情况。