针对目前新一代航空发动机工况日益复杂,致使发动机密封性能不断提升,传统无槽气膜浮环密封已无法满足高参数发动机的密封稳定性要求,常因碰磨而失效。迫切需要一种新型的螺旋槽气膜浮环密封取而代之,旨在槽型动压效应与楔形效应的协同作用下改善浮环密封气膜稳定性,从而达到上浮、增稳与控漏的性能要求。基于此运用流场仿真模拟法、试验测量分析法,研究浮环密封气膜密封性能,两种方法相互印证,验证了新型螺旋槽气膜浮环密封具有性能优、可靠性高的特点。应用CFD流场分析软件研究了窄环微间隙浮环密封性能,对无槽气膜浮环密封和螺旋槽气膜浮环密封内部流场进行对比分析研究。利用SolidWorks软件建立微尺度气膜模型,并将三维几何模型导入ICEM软件进行结构化网格划分,进而利用FLUENT软件对流场进行数值模拟,分别获得两种模型的压力云图,并计算出不同的泄漏量和浮升力。模拟结果表明:随着转速的增大,两种密封结构泄漏量均基本保持不变,而气膜浮升力随转速升高均呈线性增长;且螺旋槽气膜密封的泄漏量总是低于无槽气膜密封,而螺旋槽气膜密封的浮升力却大于无槽气膜密封。这说明转速增大时,螺旋槽气膜的密封性和稳定性均优于无槽气膜密封。随着压差的增大,两种密封结构泄漏量和浮升力都呈现线性上升趋势;且螺旋槽气膜密封的浮升力明显大于无槽气膜密封,而螺旋槽气膜密封泄漏量总小于无槽气膜密封。由此可见,螺旋槽气膜浮环密封在相同运行工况下较传统无槽气膜浮环密封拥有更小泄漏量、更大浮升力的优势。本次试验针对三种不同槽型结构(无槽、螺旋槽深4μm、螺旋槽深8μm)的浮环密封在不同转速、介质压力下测试泄漏量和偏心率,并分析其变化规律,判断密封系统的密封性和稳定性,旨在验证仿真模拟的准确性和获得最优的槽型结构。试验研究表明:随着转速上升,三种槽型结构泄漏量都略有小幅变化;随着压差的增大,泄漏量呈现线性上升趋势,与仿真模拟的结果相吻合;在相同的转速和压差下,螺旋槽深8μm的泄漏量最小,次之是螺旋槽深4μm,泄漏量最大的是无槽浮环密封。偏心率变化幅值反映了气膜厚度的变化,也就反映了气膜的稳定性,偏心率幅值越小则气膜稳定性越好。三种不同槽型结构偏心率幅值都随着转速的增加而减小,随着密封压差的增大也减小,说明转速和压差的增大有利于浮环气膜的稳定性。在相同的转速和压差下,螺旋槽气膜偏心率幅值远小于无槽气膜密封偏心率幅值,且螺旋槽深8μm的气膜偏心率幅值最小。综上结合转速和压差对三种槽型结构的密封性和稳定性影响,分析可知螺旋槽深8μm的浮环密封效果最佳。目前新一代航空发动机浮环密封结构的研究仍处于研发阶段,本次研究为以后进一步结构优化研究提供了理论基础和测试技术,下一步我们准备运用数值模拟和试验相结合的方法进行浮环密封槽型、槽深、槽数等参数的多维协调优化,为新型螺旋槽气膜浮环密封早日服役奠定理论基础。