组合式动密封结构具有密封性能优异、可靠性高、使用寿命长等特点,目前已成为航空航天密封装置中的关键零部件之一。然而,随着航空航天技术的快速发展,苛刻服役环境对其密封性能带来了严峻挑战,故研制高性能组合密封结构显得尤为重要。摩擦磨损是组合式密封结构失效的主要因素,近年来受到了应用单位和研究学者的重点关注。因此,深入研究组合式动密封结构的摩擦磨损特性及其机理,可为提高航空航天装备的使用性能和服役寿命奠定基础。本文以典型的VL型组合式动密封结构为研究对象,采用理论分析、数值仿真和试验研究相结合的方法,开展了复杂工况下组合式动密封结构及其材料的摩擦磨损特性研究。首先,建立了密封材料的摩擦理论预测模型。采用有限元方法,建立了典型组合式动密封结构的二维模型;基于此,提出了宏观、微观压长比的密封性能评价方法;采用粘附理论和迟滞理论,建立了橡胶滑动过程的摩擦力理论模型。基于此,对橡胶滑动摩擦力进行了分析,为橡胶密封材料摩擦机理研究奠定理论基础。其次,开展了复杂工况下密封材料的摩擦磨损特性试验研究。建立了可用于不同温度下密封材料摩擦磨损特性试验的平台;基于此,研究了滑移速度、载荷、温度等因素对EPDM及PTFE材料的摩擦特性影响规律,为组合式密封结构的仿真研究奠定基础;采用DSX-510光学数码显微镜,研究了密封材料磨损过程中表面形貌的演化规律,揭示了复杂工况下密封材料的摩擦磨损机理。再次,对油介质工况下密封材料的力学行为进行了研究,并获得了粗糙表面的表征参数。采用高低温拉伸/压缩试验机,开展了无油浸泡、磷酸酯液压油浸泡后密封材料的拉伸/压缩力学性能试验,揭示了温度、油介质对密封材料应力-应变、重量变化率及扯断伸长率等的影响规律,基于此建立了EPDM及PTFE材料的本构模型;基于表面形貌研究,采用分形理论和结构函数法建立了密封结构粗糙表面的表征模型,为后续组合式动密封结构摩擦磨损特性仿真研究奠定基础。最后,基于上述材料本构模型及粗糙表面表征模型,建立了复杂工况下动密封结构摩擦磨损过程的宏微观仿真模型。基于粗糙表面上微凸体形貌的分形特征,建立了组合式动密封结构分形表面轮廓表征模型;基于此,建立了密封结构表面单一微凸体磨损的有限元模型,研究了温度、滑动位移对微观摩擦磨损行为的影响规律;建立了VL型密封结构的有限元仿真模型,研究了动密封结构的宏观摩擦磨损特性,为高性能组合密封结构的研制提供依据。