篦齿作为航空发动机中最典型的封严结构,广泛承担着封油封气的作用,其密封特性对航空发动机的效率、推力、耗油率等性能指标有重要影响。但由于篦齿最初的设计用途是用于封气,故现有对篦齿的研究主要集中于其封气性能,对其封油特性涉及较少。为了研究工况因素和几何因素对篦齿封油特性的影响,以某型航空发动机后轴承腔篦齿封严为原型,通过实验手段测量了不同几何结构篦齿在不同工况下的滑油泄漏量,并通过对篦齿内部封严气流场进行数值计算研究内部机理,为封油篦齿的工程设计及使用提供借鉴参考。主要工作内容如下:1.篦齿封油特性的实验研究。以某型航空发动机后轴承腔篦齿为原型,设计加工了 14个篦齿实验件,涉及不同的齿顶宽度、齿距、齿数、齿型、齿顶间隙、甩油齿角度等几何因素,通过实验测量14个实验件在不同转速、不同压比、不同供油量等不同工况因素下的滑油泄漏量,得到了工况因素和几何因素对篦齿封油特性的影响规律,并结合实验现象对原因进行了分析。结果表明:转速对篦齿封油特性有很大影响,随着转速的增加,篦齿齿面附近附面层的滑油会在粘性的作用下随篦齿一起做旋转运动形成油环,使有效封严间隙减小;滑油泄漏量随压比的升高呈下降趋势,且在不同工况、不同几何结构的情况下变化程度不同;滑油泄漏量随供油流量的升高而升高,且几何结构近似的篦齿变化趋势具有一致性;齿顶宽度存在一个最佳值;低转速状态下滑油泄漏量随齿距的减小而减少,高转速状态下变化较小;齿数增多,滑油泄漏量减少,但影响逐渐减弱;篦齿齿型以倾斜齿、非对称齿、对称齿的顺序变化,滑油泄漏量呈现下降趋势,转速较高时此趋势并不明显;随着齿顶间隙的增加,滑油泄漏量随之增加,转速较高时增加趋势变缓;甩油齿角度45°、60°、82°,滑油泄漏量呈下降趋势,随着转速的升高下降趋势减弱。2.篦齿封油特性的数值研究。通过数值模拟手段,研究了 14个实验件在不同转速、不同压比等不同工况因素下内部封严气流场,并主要根据封严气轴向速度、湍动能和压力分布三个方面的归纳对比,结合实验结果对篦齿封油进行了理论分析,得到了工况因素和几何因素对篦齿封油特性的影响机理。结果表明:因为旋转运动产生的篦齿径向伸长量对齿顶间隙的影响可忽略,转速增加会使齿腔漩涡强度增强,齿顶湍动能耗散增加,齿腔低压区范围扩大,对封油不利;压比的增大使封严气轴向速度增大,湍动能耗散增加,齿腔低压区范围扩大,且压比越大,齿顶节流处压力损失越大,到滑油腔中压力趋于相等;齿顶宽度增加使齿顶处速度损失增加,齿顶出口处封严气射流轴向速度减小,不利于封油,同时会使齿顶处封严气湍动能损失减小,对封油有利,两种相反的影响使得篦齿封严效果随齿顶宽度不是单调变化;齿距越大,封严气射流的行程越长,到达下游齿面时的轴向速度越小,封严气射流下弯幅度增大,更易进入齿腔漩涡,且齿距较大时齿腔也较大,易于漩涡充分发展,封严气的能量耗散进一步加强,不利于封油;齿数越多,上游齿顶出口处封严气压力越大,但齿顶节流处压力损失也越大,到达最后一齿处压力差别很小,同时能量耗散次数增多,封严气射流的轴向速度减小,高速区范围缩小,向滑油腔内射流深度减小,同样不利于封油,齿数增加对篦齿封油的有利影响被削弱;倾斜齿型时,上游下弯射流冲击到下游齿面上形成的分支气流相对较易于顺势沿着倾斜齿面流向齿腔,促进了漩涡的形成,封严气能量耗散增加,封油效果不佳,非对称齿型和对称齿型时,齿面与上游射流方向近似垂直,不利于射流进入齿腔形成漩涡,封严气耗散相对较小,封油效果有所提升,由于对称齿型时齿腔较大,利于漩涡充分发展,因此漩涡强度有所提升,造成有些情况下对称齿滑油泄漏量偏大;齿顶间隙增大,封严气流通面积也增大,在压比一定的情况下,齿顶处射流的轴向速度增大,阻碍滑油反向流动的能力有所提高,但同时齿腔中的漩涡在齿顶区域主流摩擦力的带动下旋转加剧,齿腔底部逆压流速增大,漩涡强度增强,封严气耗散增加,对封油产生不利影响;45°、60°、82°甩油齿,封严气在最后一个齿腔中的耗散过程缩短,上游齿顶射流到达最后一齿齿面过程中能量损耗较少,因此在到达齿面时轴向速度较大且冲击齿面后仍能以较大速度向低压端流动,具备较强的阻碍滑油反向流动能力,但甩油齿角度较大时齿腔底部漩涡强度较强,封严气耗散较强,这在一定程度上抵消了甩油齿角度较大的结构在封油上的优势。