超燃冲压发动机具有显著的工作环境恶劣、安全工作域狭窄、响应快速以及高度非线性等特征,需要与之相匹配的控制系统,以保证超燃冲压发动机在任何时刻都能够安全可靠工作并具有最佳性能输出。目前,国内外在超燃冲压发动机多项关键技术的研究方面都取得了很大的进展,但是在超燃冲压发动机系统动力学特性研究以及超燃冲压发动机控制系统研究等方面的公开文献非常少。本文以超燃冲压发动机系统为研究对象,基于数值仿真方法开展了超燃冲压发动机系统的动态工作过程特性研究及其控制系统设计研究。首先,论文开展了超燃冲压发动机系统方案设计研究。论文根据超燃冲压发动机的基本工作特点设计了超燃冲压发动机燃油供应系统,获得了基于电机泵增压的超燃冲压发动机系统方案;设计了煤油再生冷却膨胀循环方式,可改善燃烧室燃烧性能;设计了三个燃油喷注位置以改善调节发动机推力的灵活性。建立了超燃冲压发动机系统的仿真模型,并采用实验数据对部分仿真模型进行了验证对比,验证了仿真模型的精确性和可靠性。再次,论文基于数值仿真模型对超燃冲压发动机系统开展了深入的数值仿真研究,并基于试验设计、参数敏感性分析、主效应分析、交互效应分析等数据挖掘方法研究了超燃冲压发动机系统性能参数关于输入工作参数的参数敏感性,获得了性能指标参数的主要影响因素。其次,论文开展了超燃冲压发动机系统动态特性研究。基于煤油再生冷却通道、电机泵及流量可调燃油喷嘴等的非稳态数值仿真模型,研究了具有大时间特征尺度的煤油再生冷却通道及燃油供应系统的时域阶跃响应特性、频率响应特性等动态特性,获得了超燃冲压发动机系统各部件动态响应的时间特征尺度。研究发现,燃油供应系统动态特性属于超燃冲压发动机系统的主导动态特性。再次,论文建立了面向控制的超燃冲压发动机系统模型。针对各部件的不同动态响应特性,建立了超燃冲压发动机系统各部件的静/动态模型;论文基于RBF神经网络模型建立了进气道和燃烧室的稳态性能模型,基于多项式响应面模型建立了尾喷管稳态性能模型,建立了基于传递函数的电机泵/流量可调喷嘴模型和基于线性状态空间模型的再生冷却通道集中参数模型。最后,论文完成了超燃冲压发动机控制系统设计及仿真试验研究。在充分掌握超燃冲压发动机系统静动态特性基础上,对超燃冲压发动机控制系统进行了深入地研究,建立了超燃冲压发动机稳态和过渡态控制回路,设计了超燃冲压发动机系统控制律,并基于数值仿真方法对控制系统进行了仿真试验研究。研究结果发现,所设计的控制回路能够满足超燃冲压发动机系统的控制需求。