空气涡轮冲压发动机(ATR)是一种组合推进系统。以其良好的性能和应用潜力,成为国外研究的热点。不同于冲压发动机,空气来流经过进气道的激波压缩后,还会经过压气机进一步压缩。驱动涡轮的工质是燃气发生器产生的富燃燃气或在换热器中吸热后的燃料。进气道不起动和模态转换一直是冲压发动机研究的重要内容。由于ATR发动机转子系统的引入,使得燃烧室—进气道的相互作用以及发动机工作模态的转换方式发生改变。为此,本文建立数学模型,对多压缩机制耦合作用下ATR发动机的非线性行为进行分析。首先,构建ATR发动机非设计点稳态数学模型。所设计的发动机不采用任何控制手段,给定飞行条件和燃料流量作为自变量,利用尾喷管阻塞机制、涡轮—压气机匹配模型等,确定此时发动机内部参数和压缩系统的工作状态。利用调试好的稳态模型,计算一定工况下发动机压缩系统的工作状态随燃料流量的变化情况。得到进气道工作模态转换方式的一般性结论。对不同工况下发动机的工作状态进行仿真,分析飞行条件和尾喷管喉道面积对发动机工作特性的影响。并得到低空高马赫数条件下,压气机工作不明显,发动机的特殊非线性现象。最后,立足于发动机的实际工作过程,以发动机设计点飞行条件所在的等动压线作为飞行轨迹。对发动机沿等动压线飞行时的工作特性进行仿真分析。得到在燃料流量供给范围内,进气道的工作模态转换和整个过程中压缩系统工作状态的变化情况。对不同的进气道工作模态转换方式进行分类,不同的飞行区域对应了不同的模态转换方式。这为ATR发动机控制系统的引入和提高工作稳定性提供了理论基础。