液氧泵密封作为涡轮泵核心部件,保证其在高速和深冷介质的苛刻环境下可重复稳定运转,对提升液体火箭发动机性能具有重要意义。波纹管动压密封整体结构简单、性能稳定、非接触运转且端面磨损量小,非常适用于液氧泵。本文采用理论分析和原理性试验验证的方法对波纹管动压密封展开系统和深入的研究,以期获得更优的密封综合性能,提升可重复使用次数。考虑端面间微流体介质物性参数与温度的对应关系、端面热弹变形对流体膜厚度的影响以及介质相变,建立准确的流热固全耦合热弹微流动分析模型。分析了转速和介质压力对密封端面变形的影响规律,发现高速阶段温度载荷热变形缓解了介质压力力变形,热弹变形导致端面形成收敛间隙。分析了端面间微流体流动速度和压力变化规律,结果表明螺旋槽侧壁面的阻流作用是密封动压效应产生的原因,密封运转过程中微流体物性随温度变化将使得密封动压效应减弱。对比分析了耦合端面热弹变形前后工况参数和端面结构参数对密封环端面热弹变形、泄漏量、开启力、流体膜刚度以及相变情况等密封性能的影响规律。结果表明密封结构产生明显的动压效应,转速对密封运转状态影响最明显,端面间介质相变仅发生在高转速阶段;得到密封性能较优的螺旋槽结构参数取值范围,并且密封性能对槽堰比变化最敏感,其次是槽坝比。利用有限元分析软件建立焊接金属波纹管补偿性能研究模型,分析了介质压力、压缩量和波片结构对波纹管刚度、有效直径以及密封性能的影响规律。结果表明介质压力增大使得波纹管有效直径减小,密封开启难度增大,压缩量越小对应影响程度越大。得到波片厚度和直边长度分别是影响刚度和有效直径的最主要因素,密封弹性元件选用波纹管时应注意波片结构设计及尺寸检测。针对密封端面配副材料在液氧介质环境下的应用,开展了波纹管动压密封配副摩擦磨损试验,表明低温环境下纯碳石墨较浸金属石墨具有更稳定的摩擦系数,更适用于液氧泵密封;得到动环表面喷涂Cr2O3与静环HCG材料组对的综合性能最优,以及螺旋槽对密封端面摩擦状态的影响;基于试验测得磨损量提出一种计算密封单次启停磨损量的计算方法,可为密封可重复使用次数预测提供参考。搭建了密封性能原理性试验台,进行常温水介质和低温液氮介质运转试验,验证波纹管动压密封在低温高速环境下应用的可靠性,并验证波纹管动压密封热弹微流动分析模型的准确性。本文通过高速液氧泵波纹管动压密封热弹微流动及密封性能研究,理论研究及试验验证结果可为波纹管动压密封结构设计及优化、密封端面配副材料选择提供理论参考,提升其在液氧泵密封场合应用的性能稳定性及可重复使用次数。