本发明公开了一种空气涡轮火箭发动机系统，包括燃烧室、燃料输送系统和助燃气系统，燃烧室的燃料入口与燃料输送系统相连，燃烧室的进风口与助燃气系统相连，进风口设有用以阻止燃烧产物从进风口排出的进气阀。燃料和助燃气体在燃烧室内混合并燃烧，进风口设有进气阀，燃烧过程中进气阀关闭，燃料燃烧近似于等容加热过程。当循环吸热量一定时，等容循环的放热量要小于传统燃烧室等压循环的放热量。因此，空气涡轮火箭发动机系统的理想循环功更大，循环的热效率更高，因而可提高空气涡轮火箭发动机系统单位推力和比冲。