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工作马赫数范围Ma2~7的高超声速推进系统在未来长航时、可重复使用空天运输系统中具有广阔的应用前景和重要的意义。高超声速推进系统的这种宽范围、快速、远距离、可重复使用特性，导致其机载设备的用电需求更加巨大。因此，机载热动力发电系统对于宽范围工作的高超声速推进系统有着极大的意义。本文针对宽范围工作的高超声速推进系统机载热动力发电系统，开展了如下方面的工作：
开展了宽范围工作高超声速推进热动力发电方案构建及对比，定性地对比了不同工作范围下推进系统的可用于发电的能量源（即高温空气和高温气态碳氢燃料），明确了各种能量源的特性和适用范围，构建了适用于不同飞行工况的发电方案，其中包括高温空气膨胀式发电方案和高温气态碳氢燃料膨胀式发电方案。通过对这两种发电方案进行发电性能评估，明确了各方案在其工作范围内的优缺点，在此基础上构建了适用于宽范围工作的组合式高超声速推进热动力发电系统。在组合式发电系统性能优缺点的基础上，提出了拓展高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统性能的必要性。
开展了高温气态碳氢燃料膨胀式发电性能试验，其结果验证了高温气态碳氢燃料的发电能力，同时还提出了可能的性能提升途径和方法。考虑到高超声速推进主动冷却与发电间的热力耦合关系，开展了高温气态碳氢燃料管道动态特性试验研究。试验获得的相应结果还将用于验证后续建立的性能评估模型。
开展了高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统部件数学建模。建立了基于RK-PR立方型状态方程及其混合规则高温裂解态碳氢燃料的热物性计算模型。建立了准一维高温碳氢燃料流动-传热-热裂解计算模型模拟碳氢燃料在主动冷却通道中的加热过程。建立了用于评价膨胀做功能力的零维高温工质膨胀做功能力计算模型。建立了考虑燃烧-冷却-发电过程热耦合过程的零维高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统动态模型，用以研究高温气态碳氢燃料膨胀式发电特性。利用相应的试验结果，验证了上述模型。
开展了高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统性能相关研究。通过分析高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统发电性能理论影响因素，明确了发电系统性能的上下限。针对发电系统性能下限，提出了部分流量高温气态碳氢燃料膨胀式发电能力增强方法和蒸汽重整高温气态碳氢燃料膨胀式发电能力增强方法。针对发电系统性能上限，提出了再热式高温气态碳氢燃料膨胀式发电能力增强方法和蒸汽重整高温气态碳氢燃料膨胀式发电能力增强方法。通过已建立的模型，评估了上述各方法的可行性和发电能力增强效果。
开展了推进系统变工况对高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统性能影响研究。通过定性分析，明确了推进系统与高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统之间的热耦合过程。在此基础上，评估了发动机来流马赫数及燃料当量比变工况对高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统稳态特性的影响。结合已建立的高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统动态模型，研究了推进系统变工况对高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统动态过程的影响。结合推进系统变工况条件下的高温燃料热动力发电系统动态过程，分别就容积泵和离心泵两种结构，给出了推进系统燃料流量/压力相对变化率的动态变化过程，并以此为依据分别提出了基于特定结构泵的流量控制策略。
开展了宽范围工作高超声速推进热动力发电方案构建及对比，定性地对比了不同工作范围下推进系统的可用于发电的能量源（即高温空气和高温气态碳氢燃料），明确了各种能量源的特性和适用范围，构建了适用于不同飞行工况的发电方案，其中包括高温空气膨胀式发电方案和高温气态碳氢燃料膨胀式发电方案。通过对这两种发电方案进行发电性能评估，明确了各方案在其工作范围内的优缺点，在此基础上构建了适用于宽范围工作的组合式高超声速推进热动力发电系统。在组合式发电系统性能优缺点的基础上，提出了拓展高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统性能的必要性。
开展了高温气态碳氢燃料膨胀式发电性能试验，其结果验证了高温气态碳氢燃料的发电能力，同时还提出了可能的性能提升途径和方法。考虑到高超声速推进主动冷却与发电间的热力耦合关系，开展了高温气态碳氢燃料管道动态特性试验研究。试验获得的相应结果还将用于验证后续建立的性能评估模型。
开展了高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统部件数学建模。建立了基于RK-PR立方型状态方程及其混合规则高温裂解态碳氢燃料的热物性计算模型。建立了准一维高温碳氢燃料流动-传热-热裂解计算模型模拟碳氢燃料在主动冷却通道中的加热过程。建立了用于评价膨胀做功能力的零维高温工质膨胀做功能力计算模型。建立了考虑燃烧-冷却-发电过程热耦合过程的零维高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统动态模型，用以研究高温气态碳氢燃料膨胀式发电特性。利用相应的试验结果，验证了上述模型。
开展了高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统性能相关研究。通过分析高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统发电性能理论影响因素，明确了发电系统性能的上下限。针对发电系统性能下限，提出了部分流量高温气态碳氢燃料膨胀式发电能力增强方法和蒸汽重整高温气态碳氢燃料膨胀式发电能力增强方法。针对发电系统性能上限，提出了再热式高温气态碳氢燃料膨胀式发电能力增强方法和蒸汽重整高温气态碳氢燃料膨胀式发电能力增强方法。通过已建立的模型，评估了上述各方法的可行性和发电能力增强效果。
开展了推进系统变工况对高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统性能影响研究。通过定性分析，明确了推进系统与高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统之间的热耦合过程。在此基础上，评估了发动机来流马赫数及燃料当量比变工况对高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统稳态特性的影响。结合已建立的高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统动态模型，研究了推进系统变工况对高温气态碳氢燃料膨胀式发电系统动态过程的影响。结合推进系统变工况条件下的高温燃料热动力发电系统动态过程，分别就容积泵和离心泵两种结构，给出了推进系统燃料流量/压力相对变化率的动态变化过程，并以此为依据分别提出了基于特定结构泵的流量控制策略。