本发明提供了一种带级间燃烧室的甲烷预冷涡轮基组合循环发动机系统，通过在涡轮主发动机压气机前加装液态甲烷预冷换热器装置，采用高潜热的液态甲烷冷却进气道来流高温气流，使压缩系统稳定工作，以维持发动机的高Ma飞行；采用液态甲烷预冷进气道高温气流后，有效降低了压缩系统折合转速工作范围，提高了其稳定工作裕度，与此同时开启涡轮发动机的级间燃烧，大幅增加发动机有效循环功，提高单位推力，扩展发动机的最大飞行Ma至3.5。将飞行Ma提高至3.5后，达到超燃冲压发动机工作条件，开启超燃冲压发动机，将飞行器推至Ma5+，此时可以逐渐关闭涡轮发动机，只开启超燃冲压发动机进行飞行。