推进剂贮箱增压系统是液体运载火箭动力系统的一个重要组成部分，其主要功能是在发动机启动前保证推进剂泵入口处或燃烧室喷管前的压力达到发动机启动要求。冷氦增压系统是用于低温推进剂贮箱的新型增压技术之一，因为将气瓶浸泡于低温推进剂中，低温下氦气密度较常温大大增加，从而提高了氦气的贮存效率，一个冷氦气瓶贮气量约为同压力、同容积下常温气瓶贮气量的5.6倍，从而使增压系统重量大大减轻，目前世界上只有少数几个国家掌握了该项增压技术。　　冷氦增压系统通常包括低温氦气瓶、电磁阀、孔板、压力信号器、冷氦换热器、安溢阀、气体管路、推进剂贮箱及控制单元等，在系统工作过程中涉及到液氢温区低温氦气瓶的充放气问题、增压气体在管路及换热器中的流动加热问题、低温推进剂贮箱增压排液问题及这些过程的互相耦合问题，上述过程中存在着复杂的传热传质现象，因为温度极低，介质状态与物性都与常温下存在较大差别，在以往学术界研究很少。　　本文针对冷氦增压系统对贮箱的增压换热过程，采用试验研究与仿真分析的方法，对冷氦增压系统的增压特性进行研究。主要研究内容有:1、冷氦增压系统及关键单机功能特性分析。2、通过试验研究和CFD仿真分析，结合传热理论，研究低温氦气瓶充、放气及压力温度回升过程压力、温度、流量随时间变化以及对流换热规律。3、结合试验及仿真数据，对低温氦气瓶充、放气热力学模型进行研究，并进行充气温升影响因素研究。4、通过CFD仿真，对低温推进剂贮箱增压排液过程进行研究，建立基于AMESim的低温贮箱仿真模型。5、通过试验研究和仿真分析，对冷氦增压系统耦合增压过程进行系统性研究。　　本文的主要创新点和结果:1、建立了液氢温区低温氦气瓶充、放气及无气体进出的自然对流换热过程的热力学计算模型，经试验验证，该模型具有较好的计算精度和工况适应性，为20K～80K温区容器中氦气气体热动力学研究提供了理论依据，为今后该温区下的充、放气工程实践提供依据和理论指导。2、研究了液氢温区低温氦气瓶充放气及压力温度回升过程瓶内气体与气瓶壁面间的对流换热特性，通过试验数据拟合，得到了该温区下低温氦气瓶放气和无气体进出的自然对流换热过程的对流换热系数数据以及修正的换热试验关联式方程，在一定程度上，填补了深低温下氦气在放气对流换热和伪稳态自然对流换热条件下的空白。3、建立了低温推进剂贮箱CFD仿真模型，得到了低温贮箱增压排液过程中箱内气枕、推进剂的温度、压力、流速分布及其随时间变化，研究了该过程中不同区域气枕的对流换热特征，在此基础上建立了低温推进剂贮箱集总参数仿真模型，模型将贮箱固壁沿轴向进行了分段，以考虑固壁轴向温度分层和不同的对流换热特征。通过冷氦增压系统试验验证，该模型具有较高的计算精度，可以为今后低温推进剂贮箱增压排液热动力学研究提供理论指导。4、通过试验研究和仿真分析得到了冷氦增压系统耦合增压过程的压力、温度、流量及其随时间变化，建立了基于实际物理过程的冷氦增压系统数值计算模型，对各种可能的故障工况进行了理论分析验证，通过与试验数据的对比，验证了该模型具有较好的计算准确性，可以为冷氦增压系统的工程应用及优化设计提供理论指导。