闭气环是大口径火炮楔式炮闩中的重要零部件,与楔式炮闩的闭气可靠性、使用安全性、使用寿命、勤务性等火炮的重要性能指标息息相关。闭气环的使用环境非常复杂:一方面闭气环在火药燃气压力载荷作用下发生复杂的变形,另一方面变形又影响炮闩闭气环、身管闭气环与内膛之间的接触和贴合程度,如果接触和贴合不确实会发生火药燃气泄漏,从而对火药燃气压力规律产生影响,因此火药燃气的流动与闭气环的变形是相互耦合的,而现有的闭气环设计分析一般将固体域结构分析与流体力学计算割裂开,难以表征实际物理过程,迫切需要开展流固耦合数值模拟研究。本文以此为研究背景,尝试研究大口径火炮闭气环闭气性能流固耦合数值计算及结构优化方法,主要研究内容包括:（1）对楔式炮闩及闭气结构的受力环境、结构组成、工作原理等进行了分析,介绍了身管膛内圆锥闭气结构、双圆锥面闭气结构、膛内径向和膛外端面混合式闭气结构等三种闭气环的结构特点和闭气原理,通过综合对比分析,结合某大口径火炮闭气环要求,选取膛内径向和膛外端面混合式闭气结构为数值模拟的研究对象。针对闭气环的闭气性能要求,阐述了闭气环闭气性能流固耦合数值模拟方法的必要性。介绍了流固耦合数值模拟的基本原理和固体域接触力学算法,开发了闭气环流固耦合界面接触子程序。（2）利用非线性有限元方法计算楔式炮闩闭气环固体域与格子-玻尔兹曼方法计算火药燃气流体域相耦合的计算方法,建立闭气环有限元结构:药室局部、闭气环、炮闩局部等网格模型以及火药燃气流体区域建模及其设计加密准则;设定火药燃气流体域、闭气环固体域等物理场的求解准则、边界条件、时间步长、流固耦合接触面、添加初始载荷;调用文件子程序设定接触面数据转换以及载荷传递令流体域-固体域接触面产生变形或滑移。两者同时计算,实现双向交换位移、压力、速度等物理量数据交换。对计算结果进行分析得到闭气环结构的刚强度特性结果、火药燃气压力分布、矢量速度分布以及火药燃气泄漏量。以此对闭气环的闭气性能进行综合分析。（3）把闭气环的流固耦合计算结果作为初始边界条件和压力载荷,采用有限元法与近似模型、遗传算法相结合的方法,进行了闭气环的结构优化设计。通过构建优化目标函数,利用遗传算法进行最优求解,得到了闭气环闭气性能的Pareto最优解集,获得了具有最优闭气性能的闭气环结构,优化后的闭气环能够有效减少火药燃气的泄露量,并能提高闭气环的使用寿命。