低温火箭发射场中深度过冷液氧加注与控制系统及方法与流程

本发明涉及液氧大过冷度获取与加注技术领域，具体涉及一种低温火箭发射场中深度过冷液氧加注与控制系统及方法。

背景技术：

液氧作为最常用的低温助推剂，具有无毒、无污染、比冲高等优势，目前国际上大型运载火箭广泛采用其作为推进剂,但目前对于液氧推进剂的应用大部分热力状态仍处于沸点温度附近。为了进一步改善液氧热力学性能，提高火箭有效载荷，往往采用过冷手段将其致密化。液氧从常沸点状态(90k)过冷至三相点附近(56k),密度可显著提高13.8％，单位体积的显冷增加77mj，应用价值相当可观。从热力学角度出发来看，过冷液氧的热力学性能可显著改善，但在国内外实际应用于低温火箭作为燃料的案例却很少，仅有美国spacex猎鹰号火箭和苏联能源号火箭报道过采有66k过冷液氧作为燃料的先例。中国长征3号三子级、长征5号和长征7号低温火箭仅在补加阶段采用液氮进行过冷，液氧进箭温度保持在80k附近，从而防止液氧加注过程中出现两相流现象，进箭后降低气液沸腾界面波动，有效控制液氧加注过程中的液位变化，但中国尚未有应用全过冷液氧加注的案例；同时，从国内外公开报道的文献中也未见详细的深度过冷液氧加注方案。因此，为了加快推动深度过冷液氧在中国低温火箭中的应用，提高火箭的有效载荷，提升火箭可靠性和容错性，亟需开发一套深度过冷液氧快速加注系统及实际控制方法。

常沸点液氧作为燃料在发射场火箭贮箱加注时通常会经历预冷阶段、大流量加注、小流量自动补加和射前补加等过程。然而，对于深度过冷液氧加注时，这套加注流程和控制方法已完全不适用。目前深度过冷液氧应用存在两大技术难点：1.深度过冷液氧对加注管路、发动机和火箭贮箱的预冷问题。在常沸点液氧加注时，饱和液氧通过相变吸热气化将加注管路和贮箱固体的热量带走，并逐渐降温至液氧常沸点状态，气化后的氧气通过贮箱顶部的管路放空。但对于深度过冷液氧来说，如仍采用该方式对加注管路、发动机和火箭贮箱进行预冷，深度过冷液氧将会先释放显热，从过冷状态转变为饱和状态，再释放潜热，由饱和状态转变为气态。通过这种预冷方式，将深度过冷液氧加注于火箭贮箱后，液氧大过冷度将会吸收固体的热容而大幅减小，导致深度过冷液氧的致密化不能充分利用。2.如何始终维持深度过冷液氧贮箱处于微正压的环境。众所周知，常沸点状态的液氧对应的饱和压力即为1个大气压，所以常沸点状态的液氧很容易在火箭贮箱中维持一个微正压的状态，但对于深度过冷液氧，比如55k的液氧对应的饱和压力为179pa，是一个典型的负压状态，此时外界1个大气压的空气会很容易进入贮箱内污染液氧，所以需要解决深度过冷液氧负压状态，使其始终维持微正压环境。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种低温火箭发射场中深度过冷液氧加注与控制系统及方法，在地面用负压液氮浴式换热器对液氧进行循环过冷，在发射前利用饱和液氮与低温氦气相结合对箭上贮箱先后进行预冷，达到预冷要求后，采用大流量加注方式进行加注，实现快速加注的目标；采用冷氦气技术对火箭贮箱压力进行动态调节和液氧温度大过冷的维持，同时，考虑了冷氦气回收再利用技术。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种低温火箭发射场中深度过冷液氧加注与控制系统，包括地面循环液氧储罐3、负压液氮浴式换热器17和箭上液氧储罐29；地面循环液氧储罐3的入口a通过第一阀2与增压气瓶1连接，地面循环液氧储罐3的出口b设有第一安全阀5，地面循环液氧储罐3的入口c通过第二阀6与地面液氧槽车21的出口g连接，地面循环液氧储罐3的出口e通过第三阀8、第二液氧泵11、第十一阀12与负压液氮浴式换热器17的入口j连接，地面循环液氧储罐3的入口f通过第一调节阀9与第一过滤器10出口连接，地面循环液氧储罐3与温度传感器4连接，温度传感器4用于控制第一调节阀9的开度；

地面循环液氧储罐3的出口d通过第四阀7、第五阀23、第一液氧泵24、第二过滤器26与第一流量计40的入口连接，第五阀23和第一液氧泵24的支路与第六阀25的支路并联；

地面液氧槽车21的出口g通过第七阀22与第四阀7和第五阀23、第六阀25之间的管路连接；

负压液氮浴式换热器17的入口p通过第九阀20与液氮槽车19连接，液氮槽车19同时通过第十六阀41、第十四阀28与箭上液氧贮箱29的入口s连接，负压液氮浴式换热器17的出口i通过第八阀16与抽空装置15入口连接，负压液氮浴式换热器17的入口k通过第十阀37与氦气储罐36的出口y连接，负压液氮浴式换热器17的出口m与第二流量计13入口连接，第二流量计13出口与第一过滤器10入口连接；负压液氮浴式换热器17的出口n与气液分离器18入口连接，负压液氮浴式换热器17设有第二安全阀14；

箭上液氧贮箱29的入口t通过第二调节阀30与气液分离器18气体出口连接，箭上液氧贮箱29的出口v通过第三调节阀32与压缩机34入口连接，第三调节阀32与压缩机34入口之间的管路上通过第十五阀38和大气连通，压缩机34出口通过第十二阀35与氦气储罐36的入口w连接，箭上液氧贮箱29的入口u与压力传感器31连接，压力传感器31控制第二调节阀30和第三调节阀32的开启和关闭；箭上液氧贮箱29的入口s通过第十四阀28与第一流量计40出口连接；箭上液氧贮箱29的入口r通过第十三阀27与气液分离器18气体出口连接；箭上液氧贮箱29设有液位传感器39，箭上液氧贮箱29设有第三安全阀33。

所述的连接管道均为高真空多层绝热或聚氨酯发泡绝热。

所述的第一阀2为常温调节阀。

所述的第二阀6、第三阀8、第四阀7、第五阀23、第六阀25、第七阀22、第八阀16、第九阀20、第十阀37、第十一阀12、第十二阀35、第十三阀27、第十四阀28、第十五阀38、第十六阀41为低温截止阀。

所述的第一调节阀9、第二调节阀30、第三调节阀32为低温调节阀。

所述的第一安全阀5、第二安全阀14、第三安全阀33为低温安全角阀。

所述的第一液氧泵24、第二液氧泵11为低温液体泵。

所述的第一过滤器10、第二过滤器26为低温流体过滤器。

所述的第一流量计40、第二流量计13为液体流量计。

所述的气液分离器18为低温气液分离器。

所述的抽空装置15为带有复温器的真空泵或引射器，或是不带有复温器的低温真空泵。

所述的增压气瓶1为高压氦气瓶。

所述的地面循环液氧储罐3为高真空多层绝热低温储罐。

所述的负压液氮浴式换热器17为低温负压空浴式换热器，工作介质是液氮或液氧。

所述的箭上液氧贮箱29为发泡材料绝热的低温储罐或贮箱。

所述的氦气储罐36为低温气体储罐。

利用一种低温火箭发射场中深度过冷液氧加注与控制系统的方法，包括以下步骤：

第一步：地面循环过冷以获取过冷液氧：打开第九阀20，常压下的饱和液氮从液氮槽车19注入负压液氮浴式换热器17壳侧；打开第八阀16，抽空装置15启动，对负压液氮浴式换热器17壳侧液氮抽空过冷，达到64k温区；工作介质或是液氧，通过抽空能够将液氧降低到56k温区；

打开第二阀6，常压下的饱和液氧从液氧槽车21注入地面循环液氧储罐3中，常压饱和液氧的温度为90.188k；第一调节阀9由温度传感器4的信号控制，温度传感器4监测地面循环液氧储罐3中的液氧温度，以调节循环回路中的液氧流量，控制输入地面循环液氧储罐3的冷量；打开第三阀8、第十一阀12，温度传感器4控制第一调节阀9开启，地面循环液氧储罐3中的液氧通过负压液氮浴式换热器17获取冷量，再经过第二流量计13、第一过滤器10后回到地面循环液氧储罐3，与地面循环液氧储罐3中的液氧掺混，降低液氧的温度，最终在地面液氧储罐3中获取66k的过冷液氧；如果负压液氮浴式换热器17中工作介质为液氧，在地面循环液氧储罐3中可获取56k的深度过冷液氧；

第二步，对箭上液氧贮箱29进行逐步预冷：首先打开第十六阀41和第十四阀28，饱和液氮进入箭上液氧贮箱29，对加注管路和箭上液氧贮箱29设备进行初步预冷，初步预冷能够将箭上液氧贮箱29预冷至78k温区，完成后关闭第十六阀41和第十四阀28；

打开第十阀37、第十三阀27，氦气储罐36中的氦气经过负压液氮浴式换热器17获取冷量，再经过气液分离器18由入口r进入箭上液氧贮箱29内，对加注管路和箭上液氧贮箱29设备进行进一步预冷，将箭上液氧贮箱29预冷至66k温区，若负压液氮浴式换热器17工作介质是液氧，通过抽空能够将液氧降低到56k温区；从箭上液氧贮箱29出来的氦气经过第三调节阀32、压缩机34、第十二阀35回到氦气储罐36中，进行循环；

第三步，对过冷液氧进行箭上加注：预冷完成后，打开第一阀2、第四阀7、第六阀25、第十四阀28，关闭第五阀23，第一液氧泵24关闭，地面循环液氧储罐3内过冷完成后的液氧在增压气瓶1的增压下，通过第四阀7、第六阀25、第二过滤器26、第一液氧泵40、第十四阀28加注进入箭上液氧贮箱29，实现挤压加注；关闭第六阀25，打开第五阀23，开启第一液氧泵24，实现泵压式大流量加注；

加注过程中，第二调节阀30打开时，经过气液分离器18后的低温氦气对箭上液氧贮箱29进行动态增压；第三调节阀32、第十二阀35开启，第十五阀38关闭，压缩机34启动时，对箭上液氧贮箱29进行压力控制；压力传感器31控制第二调节阀30和第三调节阀32的开度，实现对箭上液氧贮箱29的压力调节，保证箭上液氧贮箱29内的微正压；

液位传感器39监测箭上液氧贮箱29内液位，达到设定液位时加注完成，加注完成后关闭第四阀7、第一液氧泵24；

第四步，箭上液氧贮箱29中液氧过冷度维持：打开第十阀37、第十三阀27、第十二阀35，关闭第十五阀38，压力传感器31控制第三调节阀32开度、压缩机34启动，氦气储罐36中的氦气经过负压液氮浴式换热器17获取冷量，再经过气液分离器18由入口r注射进入箭上液氧贮箱29，通过氦气泡内的氧分压与液氧中氧分压的压差，实现浓度差过冷，维持箭上液氧贮箱29内深度过冷液氧的过冷度；氦氧混合气体经过第三调节阀32、压缩机34、第十二阀35回到氦气储罐36中；

在氦气储罐36中氦氧混合物由于沸点温度不同，经过负压液氮浴式换热器17后，氧气会被再次液化，在气液分离器18中进行分离，液氧回到地面循环液氧储罐3中，纯净的低温氦气再次进入箭上液氧贮箱29，进行气枕压力控制和深度过冷液氧大过冷度的维持。

所述的第三步对箭上液氧贮箱29进行加注，通过液氧槽车21，打开第七阀22、气液分离器26、第十四阀28，启动第五阀23与第一液氧泵24，实现现阶段常沸点液氧的泵压式大流量加注功能；启动第六阀25，实现现阶段常沸点液氧的挤压加注功能。

本发明的有益效果：

常规的边过冷边加注对于过冷器的要求非常高，尤其是换热器的热负荷需求很大，要使得换热器出口的液氧达到目标过冷度，则设计的换热器体积较大，系统整体的机动性较差；同时，边过冷边加注不能维持箭上贮箱的过冷度，加注完成后如遇火箭推迟发射，则需要将所有推进剂泄回地面贮箱，而随着推迟时间的不同泄回液氧的温度也不同，再次过冷时负荷匹配难以实现；且边过冷边加注不能实现快速加注。

为了维持箭上贮箱加注后的液氧过冷度，对箭上贮箱实施循环过冷的先加注后过冷方案，但该方案需对箭上贮箱多余开口，破环火箭贮箱原有的结构，且对箭上贮箱循环过冷还会使得箭上贮箱产生负压状态，造成不利影响，一方面箭上贮箱一般均为薄壁结构，无法承受负压，如对箭上贮箱进行加厚会增加火箭整体质量，使得运载火箭的成本提高，另一方面负压可能会导致外部大气进入箭上贮箱，造成推进剂污染。

本发明结合低温火箭发射场实际可能发生的各种情况，提出了液氧先在地面贮罐进行循环过冷，当低温火箭需要发射时前提进行大流量快速加注的流程方案及加注时序控制方式，并具有深度过冷液氧在火箭贮箱内停放期间的过冷度维持功能和氦气循环再利用功能。该先过冷后加注方案可以有效克服以上两种方案(边过冷边加注和先加注后过冷)的不足。

首先是在地面完成循环过冷，并且地面循环液氧储罐3内的液氧过冷度并不会随着停放时间的延长而损失，在预计的加注时间内可以完成快速加注，在加注过程中仅需要考虑绝热问题，不需要再考虑换热器的负荷匹配。

其次是地面循环液氧储罐3不需要随运载火箭发射，故不受体积和质量的限制，绝热措施和密封措施相对于箭上液氧贮箱29来说可以做得更好，有效克服液氧过冷阶段中难以避免的负压阶段，减少液氧污染风险和克服贮箱承压能力不足的风险。

再次是氦循环回路的加入，使得整个系统的控制更加完备，预冷阶段利用低温氦气将加注管路、发动机和箭上液氧贮箱29等设备预冷到要求温区后开始加注深度过冷液氧；加注完成后，利用注入不溶性气体氦气，氦气泡中的氧分压与液氧中氧分压的不同形成浓度差过冷效果，维持加注完成后箭上液氧贮箱29内的过冷度；同时，氦气从箭上液氧贮箱29顶部注入，具有pid控制调节箭上液氧贮箱29内气枕压力的作用，保持箭上液氧贮箱29微正压的环境，避免液氧污染；

深度过冷液氧加注可直接避免常沸点液氧加注时箭上液氧贮箱29气液界面波动剧烈，液位计测量不准的技术难题。因为箭上液氧贮箱29液位测不准，所以常沸点液氧采用大流量加注到一定的液位后，就需要改为小流量自动补加，防止液氧加注过量，但降低了加注速度，延长了加注时间，而本发明可避免该问题，从而实现快速加注。

最后，本发明还省去现阶段液氧加注的自动补加和射前补加两个过程，使低温发射场加注系统可以提前脱落。相对于现阶段在发射前数分钟才将加注管路从箭上液氧贮箱脱落的方案，本发明可将提前脱落的时间控制在60分钟之前。提前脱落提供了充分的检查与调试时间裕量，减少意外情况对运载火箭发射产生影响，提高了火箭发射系统的整体可靠性。

与此同时，本发明考虑到了现阶段仍在大规模运用饱和液氧的现状，可同时用于饱和液氧加注和过冷液氧加注两种情况，为发射场的改造提供了有力的参考价值。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来进一步说明本发明的技术方案。

参照图1，一种低温火箭发射场中深度过冷液氧加注与控制系统，包括地面循环液氧储罐3、负压液氮浴式换热器17和箭上液氧储罐29；地面循环液氧储罐3的入口a通过第一阀2与增压气瓶1连接，当第一阀2打开时，增压气体对地面循环液氧储罐3增压；地面循环液氧储罐3的出口b设有第一安全阀5，防止地面循环液氧储罐3过压；地面循环液氧储罐3的入口c通过第二阀6与地面液氧槽车21的出口g连接，当第六阀打开时，地面液氧槽车21内的饱和液氧注入地面循环液氧储罐3；地面循环液氧储罐3的出口e通过第三阀8、第二液氧泵11、第十一阀12与负压液氮浴式换热器17的入口j连接，地面循环液氧储罐3的入口f通过第一调节阀9与第一过滤器10出口连接，地面循环液氧储罐3与温度传感器4连接，温度传感器4用于控制第一调节阀9的开度；

地面循环液氧储罐3的出口d通过第四阀7、第五阀23、第一液氧泵24、第二过滤器26与第一流量计40的入口连接，第五阀23和第一液氧泵24的支路和第六阀25的支路并联；

地面液氧槽车21的出口g通过第七阀22与第四阀7和第五阀23、第六阀25之间的管路连接；

负压液氮浴式换热器17的入口p通过第九阀20与液氮槽车19连接，当第九阀20打开时，液氮槽车19内的饱和液氮注入负压液氮浴式换热器17的壳侧；液氮槽车同时通过第十六阀41、第十四阀28与箭上液氧贮箱29的入口s连接，起预冷作用；负压液氮浴式换热器17的出口i通过第八阀16与抽空装置15入口连接，当第八阀16打开时，抽空装置15启动，对负压液氮浴式换热器17的壳侧液氮进行抽空减压，先制备过冷液氮；负压液氮浴式换热器17的入口k通过第十阀37与氦气储罐36的出口y连接，氦气管路经过负压液氮浴式换热器17降低到与过冷液氧相同的温度；负压液氮浴式换热器17的出口m与第二流量计13入口连接，第二流量计13出口与第一过滤器10入口连接；当第三阀8、第十一阀12打开，第二液氧泵11启动，第一过滤器10启动时，液氧从地面循环液氧储罐3出口e流经第三阀8、第二液氧泵11、第十一阀12、负压液氮浴式换热器17、第二流量计13、第一过滤器10、第一调节阀9从入口f回到地面循环液氧储罐3，达到获取深度过冷液氧的目的；温度传感器4控制第一调节阀9调节循环回路的液氧流量，控制过冷量；

负压液氮浴式换热器17的出口n与气液分离器18入口连接，将管路中的氧氦分离，回收液氧，不溶性气体氦气继续在管道中循环；负压液氮浴式换热器17设有第二安全阀14，防止负压液氮浴式换热器17过压；

箭上液氧贮箱29的入口t通过第二调节阀30与气液分离器18气体出口连接，第二调节阀30打开时，气液分离器18分离液氧后的低温氦气对箭上液氧贮箱29进行增压；箭上液氧贮箱29的出口v通过第三调节阀32与压缩机34入口连接，第三调节阀32与压缩机34入口之间的管路上通过第十五阀38和大气连通，压缩机34出口通过第十二阀35与氦气储罐36的入口w连接，第三调节阀32、第十二阀35开启，第十五阀38关闭，压缩机34启动时，对箭上液氧贮箱29的气枕压力进行控制，维持一定压力；箭上液氧贮箱29的入口u与压力传感器31连接，压力传感器31控制第二调节阀30和第三调节阀32的开启和关闭，实现对箭上液氧贮箱29的压力控制，维持箭上液氧贮箱29内的微正压；

箭上液氧贮箱29的入口s通过第十四阀28与第一流量计40出口连接，当第四阀7、第五阀23、第十四阀28打开，第六阀25关闭，第一液氧泵24启动，地面循环液氧储罐3内过冷完成后的液氧通过第四阀7、第五阀23、第一液氧泵24、第二过滤器26、第一流量计40、第十四阀28加注进入箭上液氧贮箱29，进入泵压大流量加注阶段；当第四阀7、第六阀25、第十四阀28打开，第五阀23关闭，地面循环液氧储罐3内过冷完成后的液氧通过第四阀7、第六阀25、第二过滤器26、第一流量计40、第十四阀28加注进入箭上液氧贮箱29，实现挤压加注功能；

箭上液氧贮箱29的入口r通过第十三阀27与气液分离器18气体出口连接，第十三阀27打开时，气液分离后的低温氦气注入箭上液氧贮箱29中，在预冷阶段用于将箭上液氧贮箱预冷到要求的温区；在加注完成后用于维持箭上液氧贮箱29内深度过冷液氧的过冷度和气枕区的微正压环境；

箭上液氧贮箱29设有液位传感器39，监测箭上液氧贮箱29的液位；箭上液氧贮箱29设有第三安全阀33，防止箭上液氧贮箱29过压。

所述的连接管道均为高真空多层绝热或聚氨酯发泡绝热。

所述的第一阀2为常温调节阀。

所述的第二阀6、第三阀8、第四阀7、第五阀23、第六阀25、第七阀22、第八阀16、第九阀20、第十阀37、第十一阀12、第十二阀35、第十三阀27、第十四阀28、第十五阀38、第十六阀41为低温截止阀。

所述的第一调节阀9、第二调节阀30、第三调节阀32为低温调节阀。

所述的第一安全阀5、第二安全阀14、第三安全阀33为低温安全角阀。

所述的第一液氧泵24、第二液氧泵11为低温液体泵。

所述的第一过滤器10、第二过滤器26为低温流体过滤器。

所述的第一流量计40、第二流量计13为液体流量计。

所述的气液分离器18为低温气液分离器。

所述的抽空装置15为带有复温器的真空泵或引射器，或是不带有复温器的低温真空泵。

所述的增压气瓶1为高压氦气瓶。

所述的地面循环液氧储罐3为高真空多层绝热低温储罐。

所述的负压液氮浴式换热器17为低温负压空浴式换热器，工作介质是液氮或液氧。

所述的箭上液氧贮箱29为发泡材料绝热的低温储罐或贮箱。

所述的氦气储罐36为低温气体储罐。

利用一种低温火箭发射场中深度过冷液氧加注与控制系统的方法，包括以下步骤：

第一步，地面循环过冷以获取过冷液氧：打开第九阀20，常压下的饱和液氮从液氮槽车19注入负压液氮浴式换热器17壳侧；打开第八阀16，抽空装置15启动，对负压液氮浴式换热器17壳侧液氮抽空过冷，达到64k温区；工作介质也可以是液氧，通过抽空可以将液氧降低到56k温区；

打开第二阀6，常压下的饱和液氧从液氧槽车21注入地面循环液氧储罐3中，常压饱和液氧的温度为90.188k；第一调节阀9由温度传感器4的信号控制，温度传感器4监测地面循环液氧储罐3中的液氧温度，以调节循环回路中的液氧流量，控制输入地面循环液氧储罐3的冷量；打开第三阀8、第十一阀12，温度传感器4控制第一调节阀9开启，地面循环液氧储罐3中的液氧通过负压液氮浴式换热器17获取冷量，再经过第二流量计13、第一过滤器10后回到地面循环液氧储罐3，与地面循环液氧储罐3中的液氧掺混，降低液氧的温度，达到循环过冷的目的，最终在地面液氧储罐3中获取66k的过冷液氧；如果负压液氮浴式换热器17中工作介质为液氧，在地面循环液氧储罐3中可获取56k的深度过冷液氧；

第二步，对箭上液氧贮箱29进行逐步预冷：首先打开第十六阀41和第十四阀28，饱和液氮进入箭上液氧贮箱29，对加注管路和箭上液氧贮箱29等设备进行初步预冷，初步预冷可将箭上液氧贮箱29预冷至78k温区，完成后关闭第十六阀41和第十四阀28；

打开第十阀37、第十三阀27，氦气储罐36中的氦气经过负压液氮浴式换热器17获取冷量，再经过气液分离器18由入口r进入箭上液氧贮箱29内，对加注管路和箭上液氧贮箱29等设备进行进一步预冷，进一步预冷可将箭上液氧贮箱29预冷至66k温区，若负压液氮浴式换热器17工作介质是液氧，通过抽空可以将液氧降低到56k温区，而箭上液氧贮箱29可以被预冷至56k温区；从箭上液氧贮箱29出来的氦气经过第三调节阀32、压缩机34、第十二阀35回到氦气储罐36中，进行循环；

第三步，对过冷液氧进行箭上加注：第二步预冷完成后，打开第一阀2、第四阀7、第六阀25、第十四阀28，关闭第五阀23，第一液氧泵24关闭，地面循环液氧储罐3内过冷完成后的液氧在增压气瓶1的增压下，通过第四阀7、第六阀25、第二过滤器26、第一液氧泵40、第十四阀28加注进入箭上液氧贮箱29，实现挤压加注；关闭第六阀25，打开第五阀23，开启第一液氧泵24，可实现泵压式大流量加注；

加注过程中，第二调节阀30打开时，经过气液分离器18后的低温氦气对箭上液氧贮箱29进行动态增压；第三调节阀32、第十二阀35开启，第十五阀38关闭，压缩机34启动时，对箭上液氧贮箱29进行压力控制；压力传感器31控制第二调节阀30和第三调节阀32的开度，实现对箭上液氧贮箱29的压力调节，保证箭上液氧贮箱29内的微正压；

液位传感器39监测箭上液氧贮箱29内液位，达到设定液位时加注完成，加注完成后关闭第四阀7、第一液氧泵24；

第四步，箭上液氧贮箱29中液氧过冷度维持：打开第十阀37、第十三阀27、第十二阀35，关闭第十五阀38，压力传感器31控制第三调节阀32开度、压缩机34启动，氦气储罐36中的氦气经过负压液氮浴式换热器17获取冷量，再经过气液分离器18由入口r注射进入箭上液氧贮箱29，通过氦气泡内的氧分压与液氧中氧分压的压差，实现浓度差过冷，维持箭上液氧贮箱29内深度过冷液氧的过冷度；氦氧混合气体经过第三调节阀32、压缩机34、第十二阀35回到氦气储罐36中；

在氦气储罐36中氦氧混合物由于沸点温度不同，经过负压液氮浴式换热器17后，氧气会被再次液化，在气液分离器18中进行分离，液氧回到地面循环液氧储罐3中，纯净的低温氦气再次进入箭上液氧贮箱29，进行气枕压力控制和深度过冷液氧大过冷度的维持。

所述的第三步对箭上液氧贮箱29进行加注，通过液氧槽车21，打开第七阀22，气液分离器26，第十四阀28，启动第五阀23与第一液氧泵24，实现现阶段常沸点液氧的泵压式大流量加注功能；启动第六阀25，实现现阶段常沸点液氧的挤压加注功能。

本发明给出了一套实际可行的可用于发射场的液氧深度过冷与加注系统及方法，并对详细的流程与控制方式做出了说明。通过上述原理分析，本发明优势在于：①不需要考虑换热器的负荷匹配，降低换热器设计的难度，也降低了换热器的整体体积与质量；②对氦气的运用巧妙，既能用于调节贮箱内压力，又能用于维持箭上贮箱内液氧过冷度，有效延长推迟发射时间，设置的氦气循环回路能够减少氦气的浪费，循环使用氦气；③通过氦气鼓泡法能够长时间维持过冷后的液氧过冷度；④深度过冷液氧在地面首先获取好后，可实现深度过冷液氧大流量快速加注的目的；⑤取消了以往常沸点液氧加注系统的补加阶段，加注系统可提前脱落，提供充分的检查调试时间，降低意外情况对运载火箭发射的影响。同时，本发明系统亦适用于饱和液氧的加注，可用于现阶段使用常沸点液氧作为助推剂的火箭发射场。

以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。