针对未来高超声速飞行器对机载电力供给能力的巨大需求问题,本文开展了基于超燃冲压发动机燃烧室壁面散热为能量来源的超临界二氧化碳（S-CO₂）闭式布雷顿循环（CBC）发电系统。其中S-CO₂布雷顿循环在临界点附近具备物性突变等特性且成本低的特点,被视作未来热电循环发电系统的主要研究方向。基于燃料作为高超声速飞行器唯一冷源的前提下,对简单回热式S-CO₂闭式布雷顿循环发电系统性能及其压气机部件特性开展相关研究。基于现有研究表明,有限冷源下S-CO₂压气机入口温度远高于一般的S-CO₂闭式布雷顿循环,这将对压气机性能及闭式布雷顿循环系统产生较大影响,需进一步对压气机高入口温度特性进行明确具体影响范围,开展了S-CO₂压气机一维气动设计和三维数值仿真分析研究,详细介绍了S-CO₂压气机的一维气动设计过程和三维数值模拟计算,针对数值计算结果对压气机流场特性和温度对压气机等熵效率的影响进行深入研究,结果表明本文设计的压气机在设计工况下具有较好的气动性能,并定性及定量揭示了高入口温度升高引起压气机等熵效率下降的影响,在接近工质临界点时下降更为明显,这对未来机载热电转换发电系统的性能的影响具有较大的参考价值。由于压气机需要运行工况范围较宽,需要对非设计工况下压气机气动性能和三维流场特性进行研究,研究了压气机非工况点下转速在80%、120%的一维设计特性曲和三维数值流场特性,结果表明压气机在小流量工况下,压气机出口处存在小范围的分离涡,使得该区域存在明显的熵增;喘振工况下由于工质流速较高,在叶轮叶片前缘处出现冷凝区域,该区域范围较小,未能扩展到整个通道,对主流的影响较小。根据对叶轮轮毂和叶片的三维流场特性分析,得出非设计工况下压气机仍具有较好的气动性能,但为了保证获得较好的气动性能要求应使压气机设计工况范围内运行。完成了有限冷源条件下S-CO₂简单回热布雷顿循环发电系统的性能分析,引入压气机等熵效率随入口温度变化规律,对模型进行修正和优化对比,并对比了地面级同参数下的闭式布雷顿循环系统性能,获得更为实际的有限冷源下S-CO₂闭式循环发电系统的性能。同时获得了系统冷源侧温差对循环系统发电功率和热效率的影响规律,随着系统冷源侧温差增大,循环系统发电功率存在极值点。针对有限冷源下闭式布雷顿循环功率不足的问题,进一步提出闭式布雷顿循环与油气涡轮联合发电系统方案,提高了能量利用率和电能供给,该联合发电系统基于燃油作为冷源冷却循环,经燃烧室冷却通道吸热后的燃油工质作为闭式布雷顿循环系统的热源,建模仿真结果表明单位质量燃料对应的发电功率得到了大幅提升,研究表明在单位燃油质量流量下油气涡轮入口温度为1000 K和膨胀比10,布雷顿循环最高压力为25 MPa时,组合系统的发电功率可达322.1 kW。