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协同吸气式火箭发动机(SABRE)作为目前非常具有研究价值的吸气预冷组合发动机，其系统结构复杂，部件之间耦合性强。空气预冷器是SABRE发动机的核心部件，其功能是在较短的时间内实现空气与低温氦气的高效换热，如何实现大温差、高效紧凑、轻质，是预冷吸气发动机的核心设计技术。本文针对SABRE发动机热力循环系统，对SABRE发动机热力循环建模，研究了SABRE型发动机动力系统性能的主要影响因素及其影响规律，对于SABRE发动机热力循环系统具有重要的理论与实际意义。
本文通过数值模拟的方法，研究了超临界氦气在单直管内的流动换热特性以及在管路连接组件的流量分配和流阻特性；针对SABRE发动机预冷器，通过数值模拟研究了管排数、管间距、空气流速、温度等因素对预冷器流动换热特性的影响。
通过研究发现：预冷后空气温度每上升10K，SABRE-3发动机单位推力和比冲增大约1%；氦气流量从75kg/s增加到115kg/s，SABRE-3发动机单位推力下降约15%，比冲下降了45%；增大SABRE-4预冷器空气侧总压恢复系数虽然会略微降低发动机推力以及比冲，但降低了空气压气机的出口空气温度；增大氦一路流量，略微降低发动机效率以及单位推力，但大大降低氢气的消耗量，提高了发动机的比冲。
增大预冷器的管间距会提高预冷器空气侧平均换热系数，减小空气总压损失，但会降低空气的预冷效果；增大管排数虽然会降低空气侧平均换热系数，但可以降低预冷后空气温度，增强预冷效果；增大氦气/空气热容量比，能够同时增大空气侧和氦气侧平均换热系数，降低空气出口温度；空气入射角度对于空气侧、氦气侧换热几乎没有影响，但对空气侧总压恢复系数有较大影响。
本文通过数值模拟的方法，研究了超临界氦气在单直管内的流动换热特性以及在管路连接组件的流量分配和流阻特性；针对SABRE发动机预冷器，通过数值模拟研究了管排数、管间距、空气流速、温度等因素对预冷器流动换热特性的影响。
通过研究发现：预冷后空气温度每上升10K，SABRE-3发动机单位推力和比冲增大约1%；氦气流量从75kg/s增加到115kg/s，SABRE-3发动机单位推力下降约15%，比冲下降了45%；增大SABRE-4预冷器空气侧总压恢复系数虽然会略微降低发动机推力以及比冲，但降低了空气压气机的出口空气温度；增大氦一路流量，略微降低发动机效率以及单位推力，但大大降低氢气的消耗量，提高了发动机的比冲。
增大预冷器的管间距会提高预冷器空气侧平均换热系数，减小空气总压损失，但会降低空气的预冷效果；增大管排数虽然会降低空气侧平均换热系数，但可以降低预冷后空气温度，增强预冷效果；增大氦气/空气热容量比，能够同时增大空气侧和氦气侧平均换热系数，降低空气出口温度；空气入射角度对于空气侧、氦气侧换热几乎没有影响，但对空气侧总压恢复系数有较大影响。