空气涡轮起动系统现适用于绝大多数大型民用飞机和部分军用飞机,系统主要有三部分构成:辅助动力装置（APU）、引气管路以及空气涡轮起动机（ATS）,其工作过程是APU输出引气通过飞机的引气管路至ATS进口带动空气涡轮输出功率经减速器减速增扭带转发动机,从而实现发动机的起动过程。本文根据APU、引气管路以及ATS在起动过程中的工作性质分别建立了这三部分的数学模型,并对其完成了匹配计算和性能分析。本文研究内容可用于主发动机的起动性能分析,以及起动系统设计过程中的各部件参数确定和APU、引气管路和ATS三个部件的匹配工作。首先,完成了带负载压气机的APU建模工作,基于所建立的APU模型,首先计算分析了该APU设计点性能和非设计点性能,其中非设计点性能包括:速度-高度特性,温度特性以及负载特性,接着研究了APU在加速、减速、加载、卸载过程中燃油和负载变化而引起的性能参数变化过程,以上两点是对其作为功率输出单元的能力,而在空气涡轮起动系统中APU承担着输出引气的重要角色,为起动机的功率输出提供了条件,接下来研究了APU在不同环境下的引气特性。在引气管路部分中,首先对压缩空气流经引气管路中所发生的损失进行了分析,并建立了考虑气体压缩性,摩擦和换热的引气管路模型;并针对模型进行了管路内流动损失分析,影响流动损失的因素可分为两类:进口气流参数对管路流动损失的影响和管路基本参数对流动损失的影响,值得说明的是在飞机内部空间允许的前提下,应尽量扩大引气管路管径,大管径管路有利于系统输出功率的增大。最后,介绍了ATS结构和工作原理,建立了ATS计算模型包括导向器面积和输出轴减速比的确定,并基于共同工作原理对APU、引气管路以及ATS完成匹配计算;得到空气涡轮起动系统在地面起动和空中起动工作中不同工作环境下的输出功率,并以起动系统输出功率将负载带至的最高转速为标准绘制起动系统的起动包线。结果表明,在地面起动工作中,高原和高温环境不利于发动机的起动;在空中起动工作中,高空低速区匹配流量较小、起动系统效率较低、空气涡轮起动系统无法独自完成主发动机的起动工作。