往复密封属于流体密封技术的一种,其结构简单、紧凑,被广泛应用于航空航天、工程机械、矿业工程等众多领域以达到密封效果并阻止外界物质进入机械系统内部。在机械系统中,往复密封圈的失效会直接影响整机效率导致经济损失,严重时会引发安全事故。航空作动器密封属于往复密封,它是实现飞行控制功能的重要组成部分,其密封性能直接影响航空飞机运行的平稳性和安全性。本文以应用于航空作动器的斯特封作为往复密封的研究对象,基于往复密封机理和系统的理论分析建立了流固热多场耦合的往复密封混合润滑数值模型。基于正向和逆向求解雷诺方程方法,求解分析了斯特封在不同工况下各参数的变化规律,并结合实验测量,定性定量研究了往复密封系统密封性能的影响因素。以提高密封性能、延长密封使用寿命为目标,提出了基于斯特封和活塞杆镀膜材料的优化方案。形成了一套基于理论分析、台架实验测试和界面微观测试分析相结合的往复密封系统多目标优化方法,设计和搭建了往复密封实验台,构建了台架实验方法和性能参数的测试方法,具有重要的理论意义和工程价值。首先,对斯特封材料进行研究测试,通过单轴压缩实验对斯特封组成部件——D形圈和阶梯圈的材料进行测试,获得材料的应力应变关系和弹性模量,建立材料本构模型,为有限元仿真分析提供材料参数。再利用ABAQUS软件对斯特封进行有限元仿真分析,通过设置往复密封系统的结构、材料、工况等参数,建立了往复密封系统有限元模型,分析得到斯特封在过盈安装、不同油液压力和不同往复行程工况下的应力应变云图、阶梯圈唇口和底部的接触压力分布和接触宽度,为往复密封的理论计算提供了有效的依据。其次,基于往复密封的密封机理,正向求解雷诺方程,得到计算系统内外行程的油膜厚度公式和系统泄漏量公式,建立了流体力学模型。利用G-W模型推导出斯特封阶梯圈唇口与活塞杆之间的接触应力公式,建立了接触力学模型。通过对斯特封的有限元仿真分析,得到斯特封阶梯圈唇口的接触压力分布,建立了固体力学模型。根据润滑油液的黏温效应,得到温度对润滑油液黏度的影响规律,进行了热分析。将以上四种分析综合起来,对往复密封系统进行流固热耦合,并考虑入口动压效应,建立了多场耦合的往复密封混合润滑数值模型。然后,基于正向和逆向求解雷诺方程方法,以丁腈橡胶D形圈、阶梯圈为添加MoS2和玻璃纤维的PTFE的斯特封为例,活塞杆材料为不锈钢,利用Matlab软件编程计算,得到不同油液压力（10MPa、20MPa、30MPa和35MPa）、不同往复速度（100mm/s、200mm/s、300mm/s、400mm/s和500mm/s）、不同温度（-60℃、-40℃、20℃、40℃和100℃）下的接触应力分布、油膜厚度、泄漏量（反向泵送率）和摩擦力等密封性能参数,并根据实际情况分析了不同工况参数对往复密封系统密封性能的影响。再次,设计和搭建了往复密封实验台,将活塞杆固定在实验台一端以消除其惯性力,使用测控系统控制液压缸在不同油液压力、不同往复速度、不同温度下进行往复运动,通过安装在活塞杆固定端的拉压传感器获取不同工况下往复密封系统的摩擦力数据,并与通过往复密封混合润滑模型数值求解得到的数值结果进行对比分析,两者结果基本一致,验证了往复密封混合润滑数值模型和计算结果的正确性。然后,基于建立的往复密封混合润滑数值模型,以泄漏量和摩擦力作为往复密封系统密封性能的评价指标,通过数值计算分析得到斯特封阶梯圈不同结构参数和材料对系统密封性能的影响规律,从而选择合适的表面形貌参数、唇口结构参数和材料对密封圈进行优化设计。取不同阶梯圈材料（添加MoS2和玻璃纤维、添加铜粉、添加碳纤维的PTFE）的斯特封进行往复密封台架实验,通过实验验证了理论计算的正确性,并提出了往复密封圈的优化设计方案。最后,基于建立的往复密封混合润滑数值模型,通过数值分析得到活塞杆的不同镀膜材料（Cr和DLC）对往复密封系统泄漏量和摩擦力的影响,并选取不同材料斯特封和不同镀膜材料活塞杆进行往复密封台架实验,通过实验验证了理论计算得到的优化结论的正确性。同时,对实验使用后的斯特封进行密封唇的表面磨损测定、表面形貌测定和磨损表面元素测定三个实验,推断出密封圈磨损的原因。根据理论计算、往复密封台架实验和摩擦磨损测定实验提出了活塞杆镀膜的优化方案,并提出了一种基于摩擦力、泄漏量和元素转移率的往复密封系统多目标优化设计方法。