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指尖密封因其具有良好的柔性特性,以及相较于篦式密封和刷式密封具有更小的泄漏特点,使得其在航空工业、工程车辆等重大设备中有着较大的应用潜能。指尖密封的设计初衷是针对于相对较大直径轴的封严,然而在实际应用中,出现了超高速小直径指尖密封的需求,此时若继续采用传统指尖密封结构,其柔性将会大大降低,磨损也会进一步加剧。为此,本文针对小直径外伸式旋转指尖密封结构开展研究,并探索其应用前景及性能特点,为先进指尖密封技术提供一定的理论基础。本文针对C-C复合材质外伸式旋转指尖密封展开系统的理论研究和相关分析,主要研究内容及结论如下:1.首先分析了渐开线型外伸式旋转指尖密封的结构及工作原理,然后通过ANSYS APDL创建外伸式旋转指尖密封的准动态性能数值仿真分析模型。研究不同工况条件下外伸式旋转指尖密封的性能特性,并与统指尖密封的性能特点进行对比,分析两者之间的性能差异。研究结果表明,相同结构参数条件下,当转子的旋转速度增加时,外伸式旋转指尖密封的密封性能逐渐变好,泄漏率表现出明显的减小趋势,而磨损率表现出明显的上升趋势,这和传统指尖密封的性能规律变化趋势是相同的:同时,当转子的径向跳动量增加时,两种构型指尖密封的磨损性能和密封性能逐渐变差,磨损率和泄漏率均呈现出明显的上升趋势,但外伸式旋转指尖密封的封严效果远远好于传统指尖密封的封严效果,这体现出外伸式旋转指尖密封更适合应用于高速工况条件,因此借助C-C复合材料优良的耐磨性,在重点改善外伸式旋转指尖密封的密封特性方面有大的应用前景。2.基于外伸式旋转指尖密封的有限元模型,建立了指尖密封动态工作条件下的性能仿真模型,通过施加连续周期性正弦位移激励模拟转子不平衡力的存在,研究考虑指尖片装配间隙量以及不同工况参数对外伸式旋转指尖密封动态性能的影响规律,研究结果表明,在转子受到周期性正弦位移激励条件下,指尖密封的泄漏间隙也呈现出周期性变化特性;指尖片与定子之间存在适当的间隙量有利于外伸式旋转指尖密封的封严效果;同时,当转子的旋转速度小于其“特定”旋转速度时,随着转子旋转速度的增加,指尖密封靴的位移响应幅值增大,泄漏率幅值和磨损率幅值均呈现出上升的趋势,当转子的旋转速度超过其“特定”旋转速度时,外伸式旋转指尖密封的泄漏率幅值随着转速的增加呈现出下降的趋势,磨损率则相反;此外,随着上下游压差的增加,外伸式旋转指尖密封的泄漏间隙增大,动态泄漏率和磨损率均有所增大。3.基于纳什博弈理论解决外伸式旋转指尖密封的多目标优化问题,建立了外伸式旋转指尖密封的博弈优化模型,并考虑到工程实际中对于性能偏好的要求,构建了一种高效、决策能力高,且可以解决优化目标相互矛盾的优化算法。首先基于均匀设计试验法和DPS数据处理系统得到指尖密封的结构优化数据样本组合,并利用有限元模型得出每个样本的泄漏率值与磨损率值,以低泄漏和低磨损为优化设计目标,通过基于BP神经网络、纳什博弈理论、遗传算法创建的NASH优化算法对外伸式旋转指尖密封进行结构优化,得到结构参数取值范围内的最优构型。同时采用一般加权优化算法对外伸式旋转指尖密封进行结构优化,然后对NASH优化结果、加权优化结果和优秀样本点进行性能比较分析,结果表明NASH优化算法更适合应用于外伸式旋转指尖密封的结构优化,所得最优结构的各项性能更加优越,且优化算法稳定性高。