摘要：航空发动机工艺进气道的作用是把足够数量的外界空气以较小的流动损失导入发动机，在试验过程中应保证密封性能好。传统的密封方式能只能保证低温低压环境下进气道的密封；在高温高压环境下，由于材料等的缺陷无法保证。本文结合现有的篦齿封严结构，对进气道密封技术进行研究。
关键词：进气道；高温高压；篦齿封严
航空发动机在高温高压环境下试验时，压力和温度较常温下高很多，设计时由于热膨胀变形的缘故需要留出膨胀间隙，而传统的橡胶密封不能耐200摄氏度以上的高温，这就对进气道密封的结构和材料提出了更高的要求。在本文中采用已有的篦齿密封结构对其进行适当的改进，通过理论及数值分析，得到不同的篦齿密封结构在泄露流体作用下的变形特性，并将数值结果与试验结果数据相比对，来进行密封结构的优化和改进。篦齿密封结构是用多个曲折的通道来限制流体的一种非接触式的密封方式。此时，流体从高压的一侧流经篦齿结构，经过多次节流产生较大阻力，此时流体无法向外泄露，可达到密封的目的。篦齿密封方式不受温度的限制，可在传统的橡胶等密封方式无法满足的高温高压环境下达到密封的目的。对齿形结构、节流间隙和节流口数进行数据模型分析，对航空发动机进气道的密封设计有很重要的意义。
1 篦齿密封结构建模
篦齿的形状是影响篦齿密封特性的一个重要参数，流体通过不同的篦齿结构会产生不同的流场分布，从而产生不同的密封效应。实际应用中比较常见的篦齿齿形有圆形齿、梯形齿、矩形齿、三角形齿等。对每种篦齿齿形在工程中应用，都要对其密封原理、阻尼效应、流体流动规则等进行深入了解和深入研究。通过Fluent等仿真软件对其进行仿真计算。航空发动机进气道气流在进入篦齿结构时，流场比较紊乱，经试验这种情况下圆形齿的密封效果较差，而其余的梯形齿、矩形齿、三角形齿效果都比较好。本文中只对直角三角形齿、矩形齿、等腰梯形齿等三种比较有代表性的篦齿齿形进行仿真模拟计算，得到他们的流体泄露量大小。进气道进气密封结构如下图所示：
2 篦齿密封流体泄露形式的分析与计算
气流在进入进气道到从进气道排除过程中，经过进气道篦齿密封结构内的泄露流体在任意一个曲线坐标系中的的质量、动量和能量都是守恒的，其守恒方程都可以表示为一个统一的描述形式[1]：
Xi（ρui-ΓXi）=S
上述公式中，分别在参数值为u、v、w时的质量、动量、能量守恒方程。Γφ代表的意义是扩散函数，Sφ代表源头项。将以上统一公式进行一系列的推导展开，可得到以下方程：
Xi（ρHui）=Xi[（uPrr+uiPrt）CpTXi+uiσikXi+ui（τi+τj）]
上述公式中，Xi为坐标系，ρ为密度，Cp为进气道的密封上下齿形之间的压比热[2]。
以上公式为理想状态下篦齿密封的泄露量计算与分析，如果不考虑流体在进入篦齿的流动过程中流体和篦齿表面的摩擦损失，使得进入空腔后气体的动能和动量全部消失，转换为热能。没有气体进入下一个密封篦齿。在这种情况下带入发动机加温加压试验时进入进气道的真实情况，按进气温度723K，进气压力0.7MPa计算可得出几种典型状态齿形的篦齿结构泄露量：直角三角形齿、矩形齿、等腰梯形齿的篦齿泄露量分别是0.093268kg/s、0.136617kg/s、0.102539kg/s[3]。相比较而言，直角三角形齿的密封性能最好。以上结果为公式迭代计算可得，下一步试验过程中，对各种齿形做一些参数更改和优化，进一步减少进气道密封结构试验过程中泄露量。因此，对篦齿结构做试验结果比较分析和模拟仿真计算，选择合理的篦齿齿形，对于防止流体泄露有着重大的科研意义[3]。
3 结论
（1）篦齒齿形不同使得流体在篦齿结构中形成的涡流形状不同，可形成不同的压力场和流场，产生不同的密封效应；
（2）对研究的三种典型篦齿密封结构，直角三角形的篦齿齿形密封效果最佳，其次为等腰梯形密封齿形，最差为矩形齿形；
（3）通过对不同的篦齿结构进行分析与仿真计算，综合比较各种齿形的优劣，对优化进气道密封结构、研究进气道进气流场有着重要的指导意义，对开展航空发动机在高温高压环境下的试验有着很大的帮助。
参考文献：
[1]西安交通大学压缩机教研室.活塞式压缩机设计.西安：西安交通大学出版社，1979.
[2]戴树元.活塞式压缩机余隙容积计算公式.流体工程，1985.
[3]刘智勇.密封齿形对迷宫泄露量影响的数据分析.兰州交通大学环境与市政工程学院，2012.
