刷式密封是一种具有优异密封性能的新型航空发动机密封产品,其替代传统的篦齿迷宫密封,可以显著减少发动机内部气流泄漏与燃油损耗。然而,刷式密封的刷丝束由成千上万根细丝组成,结构复杂,难以通过实验方法研究其泄漏流动细节。此外,刷丝材料在高温服役过程中容易弯曲、断裂,严重影响其密封性能和使用寿命。本文重点开展刷式密封的泄漏计算模拟与结构优化研究,并初步探索了热处理工艺对刷式密封刷丝材料力学性能的影响,以期为开发高性能航空发动机刷式密封提供技术支持。首先,建立了转子周向刷丝束横截面二维错排管束模型,计算流体力学(CFD)模拟得到空气介质在刷丝间的压力分布符合实验结果,分析了空气流动特征,阐明了刷式密封工作机理。为简化模型,对比了刷封沿转子周向1、2、3、6排刷丝束二维模型中气体压力及流速分布,结果表明,周向3排刷丝模型仿真结果较为准确。研究了不同压差、沿转子轴向不同刷丝排数、不同刷丝直径对刷封性能的影响。在二维模型基础上,建立三维错排管束切片模型,CFD模拟得到空气介质在不同压比下经过刷封后的泄漏量变化规律与实验结果吻合,描述了三维模型中空气压力与速度分布,分析了密封作用机理。研究了三维模型后挡板保护高度、刷丝束与后挡板轴向间隙等几何参数在不同压差下对刷封密封效果的影响,对比不同条件下后挡板表面压力分布,发现合理提高刷丝与后挡板轴向间隙可以大幅降低滞后效应。提出了双前板三腔式刷式密封结构,该结构主要包括:双层前挡板及夹层空腔、前挡板与刷丝束间空腔、刷丝束、后挡板、刷丝束与后挡板间空腔。对0.2MPa压差下气流在模型中的流动分布进行了CFD模拟,对比了不同压差下双前板三腔式刷封泄漏量与常规刷式密封泄漏量,发现新型刷封可以有效缓解滞后效应,同时密封性能优于目前其他低滞后刷封。初步研究了不同热处理制度对刷丝材料GH4145镍基高温合金力学性能和组织变化的影响,发现固溶处理后刷丝经680℃时效保温2h后刷丝强度与塑性较好,并对不同时效温度和时效时间下合金微观组织进行了对比与分析。