IVF(Integrated Vehicle Fluids)是一种辅助动力系统,将箭上流体与能源管理加以集成,利用氢氧主贮箱内推进剂及其蒸发气实现发电、增压、姿控、沉底等功能,可以提高推进剂能量利用效率,减小上面级飞行器重量,提高可靠性。本文分析比较了4种IVF系统方案,总结了IVF系统性能影响因素。以某型火箭三子级为背景设计了一种IVF系统,建立了系统流量、压力、功率平衡方程组。基于AMESim/AMESet搭建了氢氧富氢-氧缸内直喷内燃机模型,对该模型进行合理简化得到氢氧内燃机功率特性。基于最小吉布斯自由能法编写热力计算程序,得到内燃机燃烧放热特性。基于AMESim建立低温柱塞泵模型,采用试验设计方法,对仿真结果进行拉丁超立方抽样,选取响应面模型拟合,获得低温柱塞泵静态特性方程。针对特性未知的换热器,采用集总参数法,编写了氢超临界换热器模型和氧两相流换热器一维模型。基于静态特性方程组,对该IVF系统进行参数平衡计算。将计算结果与原三子级方案对比,分析了IVF系统参数影响及重量优势,结果表明所设计的IVF系统能够满足某火箭三子级任务需求,相对原系统具有重量轻、易调节、任务适应性强、可靠性高、能量利用率高的优势。借助AMESim软件建立了IVF发电子系统模型,主要包括氢氧内燃机模型、启动/发电电机模型以及控制器等模型。其中内燃机为瞬态模型,克服了传统内燃机发电系统仿真手段采用平均模型导致动态特性丢失的不足。针对该系统运行环境复杂的特点,基于径向基(RBF)神经网络自校正PID算法设计了调速控制器,运用AMESim/Simulink联合仿真实现,有效改善了传统PID控制器的调速过程。计算结果表明该发电子系统可以满足箭上用电需求,内燃机起动过程稳定,变工况下调速性能良好。最后,提出了一种换热循环系统方案,基于AMESim建立了换热循环系统模型,主要包括内燃机、管壳式换热器、控制器、分流阀、氢换热器、氧换热器等组件,将换热循环等效为三输入三输出控制对象,设计了不解耦PID控制器调节出口气体温度。针对氢氧两路工作的工况进行仿真,分析不同初始冷却剂温度、不同初始热容对启动过程的影响以及变工况过程系统动态特性,结果表明该方案能够满足系统换热需求,所设计的控制器在启动过程和变工况过程具有良好动态性能。