摘要

多材复合高温基线密封件是一种集隔热芯材、金属编织弹簧管和陶瓷纤维编织管于一体的新型多孔复合结构材料，在动载荷作用下具有柔性、耐高温、耐磨和密封等多功能优异性能，尤其对提高新一代高速飞行器热端部件的综合性能上起到关键性作用。它综合利用了内层隔热芯材的热防护、中间层高温合金编织弹簧管的弹性回复和外层陶瓷纤维管的耐热、耐磨等各自的性能优势。然而，由于各基材结构和性能之间的差异性，多材混杂结构与整体性能调控之间的内在联系尚不明确。基于此，首先介绍了多材复合高温基线密封件各组成材料特性及其制备工艺；其次，对现有高温基线密封件的理论和数值模型等研究方法进行梳理和归纳；再次，阐述了多材复合高温基线密封件在关键制备工艺和高温动载荷服役过程中存在的主要技术挑战；最后，对多材复合高温基线密封件的研究发展趋势和潜在工程应用进行了展望。

作者：魏雨函,  曾琴,  白鸿柏,  薛新, 

福州大学　机械工程及自动化学院，福州 350116

正文：

在高速飞行器运行过程中，控制机翼会发生偏转，导致控制翼与尾翼间的间隙发生变化，这可能会致使高压热气流会通过间隙进入飞行器内部，从而损坏内部结构并可能导致飞行器失控。新型飞行器内部需要高精度和高可靠性的密封件，以确保各种系统的正常运行，如发动机、液压系统、气压系统等。此外，新型飞行器在极端的高温环境中需保持超高速飞行和高机动性能，同时满足高的燃油效率和低排放。这要求对动密封件在满足极端的服役环境的同时为飞行器提供可持续性、安全、高精度和高可靠性的性能。因此，制备新型高温动密封件被认为是制约新型飞行器发展的关键技术之一[1-2]。

早在20世纪80年代末，NASA对高温动密封件进行研究，主要包括两种类型：陶瓷栅板密封和纤维编织绳密封[3-5]，如图1所示。陶瓷材料较脆难以适应复杂多变的工作环境而受到限制。而纤维编织绳密封件由保护套和芯材组成，主要采用全陶瓷纤维材料，密封件的弹性主要依赖于纤维材料本身的弹性，因此在间隙变化较大的环境下难以保持弹性密封，并且在高温环境中容易发生永久变形。为了克服这些问题，研究人员在纤维编织绳密封件的基础上添加了金属编织弹簧管，以提高密封件整体的弹性。从而创新发展了新型的多材复合高温基线密封件，如图1所示。

随着超高速飞行器对速度要求的不断提高，密封件在飞行器移动襟翼、升降舵边缘以及铰链线等位置[6](图1)的服役环境变得更加恶劣，这也对高温动密封件的设计、制备和性能调控提出了更高的挑战。为了探究极端环境下动密封件的性能，国内外学者根据飞行器的密封环境设计了热暴露试验[6]、压缩试验[7-8]、摩擦试验[9]、泄漏/密封试验[10]以及电弧喷射试验[11-12]等，并研发相关的装置。试验结果表明，高温基线密封件最需要解决两个方面问题：一是飞行器提速会导致密封件的使用环境温度高达1400℃以上；二是在飞行器运行中，动密封件的使用环境恶劣(如高温动摩擦、高温压缩等)会导致其发生永久性变形，密封件仅使用8次后就需要更换。为解决上述问题，需要通过多学科交叉设计以实现高温基线密封件具有良好的耐高温和隔热性能、高温回弹性、耐摩擦性能以及可重复使用性。

在高温气流场、高速转子系统等复杂多物理场服役环境下，多材复合高温基线密封件各组件之间的多功能制约/耦合作用不可避免，同时具有一定的两面性。其中较为积极的一面表现为：各组件结构和多功能特性之间相互制约和强耦合，充分发挥各组件的性能优势以及协同机制，进而实现多材复合高温基线密封件的完美多功能特性。比如，金属编织弹簧管的热膨胀和热传导系数通常高于陶瓷纤维材料。因而防热纤维编织外套除了具有耐磨、耐腐蚀、抗氧化和隔热能力外，还可约束金属丝产生过大的膨胀变形以及防止其发生高温蠕变失效。由于陶瓷纤维材料相对柔软，金属编织弹簧管为其提供弹性变形和一定的强度以防止整体结构发生压缩变形或纤维断裂失效。在高温动摩擦环境下，温度突变以及热循环会导致各组件内部应力有所不同。其中芯材占比较大，且芯材和防热纤维编织外套之间材料的差异性较小，因而可以制约内部产生较大的应力差异。较为消极的一面主要体现在以下几点：一是各组件界面复合存在连接强度弱、性能突变等不稳定性；二是流-热-固多场耦合服役环境下，涉及到材料学、热力学行为、表面摩擦学、动力学、传热学、流体学等交叉学科范畴，各组件结构和多功能特性之间的解耦难度大；三是尚缺乏有效的针对多材复合材料的多物理场耦合理论和试验数据同步采集技术手段。简言之，正是上述这些积极和消极的两面性，系统开展多材复合高温基线密封件的基础研究和工程应用潜力探索具有一定的挑战性。本文首先围绕多材复合高温基线密封件的结构设计、各组成材料特性及制备工艺等国内外研究进行系统评述，然后对其相关的理论模型和数字化建模方法进行梳理和归纳，最后对高温基线密封件的性能进行分析并展望其制备工艺的关键技术和潜在工程研究发展趋势。

1 高温基线密封件结构设计及制备

多材复合高温基线密封结构最早由NASA提出，并已在X-38飞行器方向舵/垂直尾翼密封上得到应用。近年来，国内的一些学者和应用单位意识到这种新型复合材料的重要性并进行了深入研究。多材复合高温基线密封件是由隔热芯材、金属编织弹簧管以及防热纤维编织管组成的一种耐热柔性复合材料，如图2所示。目前，多材复合高温基线密封的研究多数是基于各组件材料的探究，进而扩展到密封件整体性能进行探索。

1.1 结构设计及材料选择

1.1.1 隔热芯材

目前，多材复合高温基线密封件内部的隔热芯材通常包括陶瓷纤维纱线、石英纤维纱线、陶瓷纤维棉和石英纤维隔热毡等，如表1所示。在最初制备高温基线密封件时，NASA选择了Saffil陶瓷棉絮材料作为隔热芯材，但随后的研究发现，将棉絮状芯材应用于航天飞行器时，由于其无序性，会导致棉絮在飞行期间从端口被吸出[3]。通过纤维纱线包覆棉絮状陶瓷材料制备柔性隔热毡，不仅可以解决上述问题，还具有一定的可重复使用性，目前已在运载火箭上得到应用[13]。

DeMange等[14]发现在编织弹簧管内部填充Saffil隔热棉絮时，其能够在一定程度上提高密封件弹性。因此，在高温基线密封件中，隔热芯材的应用不仅仅是起到隔热的作用，在一定程度上选择合适的隔热芯材可以增强基线密封件的整体力学性能。为了探究和提升柔性隔热材料的性能，国内外学者做了一定研究，如：Tran[15]发现含有Al2SiO5陶瓷片或者涂层的隔热毡具有较好的耐燃性；Shen等[16]采用真空过滤和胶体加工相结合的方法制备一种具有80%以上回弹量和较高压缩比的莫来石密封垫；Jia等[17]采用吹塑纺丝和煅烧工艺可实现大批量生产具有较低导热系数和吸声性能的层状陶瓷海绵。因此，合理选择和设计隔热芯材对多材复合高温基线密封件的整体性能起着至关重要的作用。

1.1.2 防热纤维编织外套

防热纤维编织外套对高温基线密封件在高温、高压和摩擦等服役环境下的密封性能至关重要。目前，防热纤维材料一般是基于Al2O3和SiO2两种陶瓷纤维构成的。NASA[18-19]使用4个系列的陶瓷纤维材料Nextel312、Nextel440、Nextel550和Nextel610(其成分组成如表2所示)用于制备编织外套，并设计了一种用于测量纤维材料摩擦性能的销-盘试验装置。结果显示：降低SiO2含量或增大纤维直径虽可以提高纤维材料的耐摩擦性能，但也会致使材料柔性变差。此外，在高温环境下硼元素会降低纤维的耐摩擦性能，还发现在820℃下硼元素会导致Nextel312外套表面发生玻璃化现象[14]。为了避免防热纤维编织外套出现磨损和压溃失效而导致密封件损坏，国内外研究人员已经开始探索材料的选择和性能研究[20]，比如，Dellacorte等[21]研究基于Si-C-O和Si-N-C-O两种纤维材料的耐摩擦性能，结果发现这些材料在900℃以上会发生机械断裂和氧化磨损，因此不适合在高温基线密封件的服役环境中使用；Ogasawara等[22]对三维编织Si-Ti-C-O纤维材料与玻璃密封剂复合进行了电弧喷射试验研究，发现与玻璃密封剂复合的编织纤维材料表面会形成硅化物表层，可以避免快速升温现象。

纤维直径、编织角以及编织结构均会对纤维编织件的力学性能产生影响，通过优化和拓展纤维编织件的制备工艺，可以在一定程度上使多材复合高温基线密封件突破耐高温极限[23]，其中常见的防热纤维编织外套，如表3所示。Steinetz等[24]研究发现适量增加纤维编织密封件的预压缩量和编织角度可以降低泄漏量，同时还发现通过在单级纤维芯上包覆纤维外套可以减少泄漏量。焦亚男等[25-27]定义了三维四向和三维五向的编织密封结构，并通过泄漏试验将三维编织结构与二维包芯密封件进行对比。他们发现三维编织密封件气密性较好，其气体渗透量与密封件的压差呈正相关，与密封件压缩率呈负相关。此外，降低纱线的直径和增大编织角度有助于提高编织密封件的压缩性能。Nance等[28]利用高速成像和数字图像技术对SiCf-SiCm复合材料管的失效行为进行研究，发现编织角度是影响其弯曲强度的主要因素。此外，薛云嘉[29]发现增加编织外套层数虽能够改善密封件的隔热性能，但层数过多会降低密封件整体结构的弹性性能。

纤维编织管可通过与特异材料相复合形成增强型纤维管，以实现增加其承载能力及耐磨性能[30]。Sarawate等[31]发现采用镍基高温合金丝包覆陶瓷纤维而成的绳密封适用于具有高温、需要低装配载荷和小瞬变的密封位置。除了从纤维编织工艺的角度进行设计外，未来的发展趋势还包括通过丰富纤维编织外套的复合结构来增强其力学性能。Ravandi等[32]将针织纤维材料与基质材料复合，并研究发现在复合前对针织纤维材料进行拉伸而形成的超弹性现象可显著地改善复合材料整体的力学性能。

1.1.3金属编织弹簧管

多材复合高温基线密封件的回弹性能一直是国内外学者面临的难题之一，其弹性主要依靠金属编织弹簧管。目前在高温基线密封件上应用的金属弹簧编织管形式主要包括：Strecker(S型)支架、斜圈弹簧、Wallstent(W型)支架，它们的优缺点如表4所示。虽然斜圈弹簧不适合作为高温基线密封件的弹性元件，但研究发现将其作为栅板式密封元件和基线密封件等动密封件的预紧装置可以提高整体系统弹性，从而改善动密封件在高温环境下的永久失效问题[33-34]。对于W型的金属编织弹簧管，其节点之间的约束和连接问题是一个难点。若采用焊接连接各节点，由于节点过多而具有较高的加工难度，且易出现应力集中。Freitas等[35]发现W型编织管比S型具有更好的刚度和抗弯刚性。然而多材复合高温基线密封件需要良好的柔性和弹性，因此一般选用S型编织弹簧管作为弹性元件使用。

为了提高密封结构的弹性，DeMange等[14]将由Rene41和InconelX-750材料编织成的金属编织弹簧管应用于高温基线密封件上并对其进行压缩测试。他们发现采用Rene41弹簧管的密封件弹性相较于InconelX-750增强了约20%。此外，编织弹簧管的弹性性能不仅受到材料选择影响之外，还受到编织结构、参数(如并行股数和丝径)以及热处理方式的影响[36]。郑硕等[37]研究发现金属丝的断裂强度、弯曲刚度和磨损次数均与金属的股数呈正相关关系。当金属丝的直径和股数增大时，金属丝网状织物的强度可得到明显的提升[38]。Taylor等[36]发现金属丝的直径增大可改善编织弹簧管的弹性，且增加编织弹簧管金属丝的数量可使金属编织弹簧管具备较高的刚度。薛云嘉等[39]采用12针、2股丝的编织工艺将直径为0.12mm的镍基高温合金丝编织成弹簧管，并研究其回弹性能。研究结果表明，在800℃以下且压缩率小于50%的条件下，编织弹簧管的回弹率不低于95%。Taylor等[40-41]发现Rene41弹簧管与InconelX-750相比具有良好的耐温能力。通过20次循环压缩试验，他们发现优化金属弹簧管的几何形状和热处理可以提升金属编织弹簧管弹性，如图3所示。可知，两种金属编织弹簧管在1100℃下失去了弹性，因此寻求耐高温和高弹性材料是高温基线密封实现突破耐高温极限和重复使用的方法之一。

随着材料结构设计学科交叉的发展，金属弹簧编织管的结构设计也迎来了新方法与新技术。在其编织工艺方面，除了现有的3种弹簧制备方法，还可引入金属丝网的编织技术和研究方法。Ebadi等[42]将平纹编织金属丝网与相变材料相结合，发现在相变材料的作用下，金属丝网的热传导率和能量储存速率增加。此外，Paquette等[43]在斜圈弹簧上添加含钼涂层以提高其耐高温性能。Patil等[44]将阿基米德螺旋形式的金属丝网安装在活塞式压缩机内部并测试其压缩性能，结果表明在高功率和高密度下，其具有良好的压缩效率。因此未来可考虑选用耐高温材料与金属编织弹簧管相结合或采用可变结构的金属编织件，以在满足高弹性的同时提升金属编织弹簧管的耐高温能力。

1.2制备工艺

多材复合高温基线密封件虽已在飞行器上取得应用，但由于高温基线密封的组成部分种类繁多，且组件间差异性较大。制备工艺通常采用填充方法，而填充均匀性难以把控，因此尚未建立完整的制备工艺流程及评价标准。另外，各组件对整个密封件性能的影响并非简单累加关系[14]。因此，建立多材复合高温基线密封各组件之间的内在联系，以及探索其制备工艺与性能调控一体化技术对规范制备工艺流程具有重要意义。

根据现有的多材复合高温基线密封件的制备工艺，其制备流程如图4所示。其中，在选择陶瓷纤维棉作为多材复合高温基线密封结构芯材时，由于陶瓷纤维材料本身的脆性，选用直接填充法容易导致纤维断裂和粉化，且存在填充不均匀的问题。因此多采用匀浆机将陶瓷纤维溶于水，纤维会因自身重力而自然沉降形成纤维薄网，最后在常温下通风干燥并通过包卷制成所需尺寸后继续烘干。然而在烘干时，芯材会发生膨胀变形不利于高温基线密封整体结构制备。因此，薛云嘉[29]在制备隔热芯材时，采用了石英纤维溶解在水中，并添加环氧树脂作为临时添加剂。此外，还采用带芯编织的方式(将制备隔热芯材作为芯轴)制备编织弹簧管和纤维外套。这种方法可以避免在烘干过程中芯材的膨胀变形，有助于更好地维持高温基线密封整体结构的制备质量。

韩硕[45]利用改装卧式针织圆纬机制备S型金属弹簧管，并探索了不同的隔热芯材制备工艺，包括盘根型、棉絮填充型和纤维预包覆法等。为解决手动填充纤维棉絮不均匀现象采用浸湿法和纸卷导管法制备芯层。此外，采用了纤维预包覆法制备毡状材料的隔热芯材。盘根型结构编织工艺采用立式72锭编织机用以编织纱线类隔热纤维材料，且可通过改变纱线类型制备出不同的盘根型结构件，如图5所示。另外，采用纤维预包覆法将隔热性能优异的石英纤维制备成芯体的高温基线密封件表现出良好的隔热效果，并且整体构件具有较好的均匀性和密实度。对于毡状材料制备隔热芯材除采用纤维布包覆外，还可采用纤维线缝合技术连接[46]。薛云嘉等[47]采用纤维线缝合技术得到具有良好隔热能力的柔性隔热毡。这些技术和方法有助于改进多材复合高温基线密封件的制备工艺，并提高其性能。

2 理论模型

多材复合高温基线密封件的力学性能研究涉及到多个理论模型，主要包括弹性、传热、流动以及渗透模型。Cai等[48-49]基于非线性弹性模型建立纤维体积分数与时间的模型，用于研究纤维绳密封件在压缩试验过程中的变形行为。在使用Ergun方程研究泄漏试验中气体流动的研究中，发现当雷诺数小于约0.1时，才可以忽略非粘性效应。此外，他们还建立了预紧力与发动机压力之间的经验模型，以估算不同压力下纤维绳密封件的密封性能[50]。Steinetz等[51]通过流动模型对纤维绳密封整体的泄漏量进行研究。Mutharasan等[52]将纤维绳密封提出了两个流动模型，一个是将其整体视为一个均匀纤维结构，另一个是将防护层和芯体分别看作均匀纤维结构。他们通过Kozeny-Carman(K-C)方程对其泄漏量进行预测和模拟(图6)，发现将整体密封件分成两个部件可提高预测的准确性。Jing等[53]基于K-C方程和Kozeny理论提出了三维编织密封件在室温下气体渗透性能的理论模型，发现纤维体积分数和压缩比均与气体渗透率呈负相关。Xu等[54]建立了非正交本构模型以研究由网状纤维与橡胶复合而成的密封件的力学行为，并引入相互作用项以更好地表征了其力学行为。这些理论模型有助于深入理解多材复合高温基线密封件的力学性能，并为优化设计和性能预测提供了重要的参考。

Dellacorte等[21]在对纤维材料进行摩擦试验时发现纤维的耐摩擦性能与其拉伸强度有关，通过使用量纲分析确定了纤维的耐摩擦性能和拉伸强度与施加的摩擦应力比值间的关系。Poincloux等[55]对S型纤维编织物在拉伸试验过程中的力学响应进行研究，并建立相应的弹性模型。薛云嘉等[39]建立了编织弹簧管压缩率与回弹率之间的关系，其中金属编织弹簧管的压缩过程，如图7所示。Shang等[56]从弹簧理论出发，推导W型编织弹簧管弯曲刚度计算公式，且其同样适用于双层编织弹簧管。刘俊立等[57]将高温基线密封件简化为由纤维束组成的多孔结构，并根据Kozeny-Carman方程建立密封件泄漏速率与孔隙率的关系方程以预测多材复合高温基线密封件的泄漏规律。

目前对多材复合高温基线密封件整体结构在复杂的服役环境下的理论研究较少，因此将研究方向由单一组件/环境变量向整体结构/多场耦合方向转变，并探索混杂复合材料结构与服役环境的耦合关系，将会是多材复合高温基线密封件理论研究的发展趋势。

3 数值模拟

为精确观测多材复合高温基线密封件的结构变形规律及预测其失效行为，数值模拟显得尤为重要。吴大方等[58]根据材料导热系数与温度之间的关系，使用ANSYS对陶瓷纤维毡进行隔热效果研究。Golewski等[59]建立氧化铝纤维毡与环氧树脂复合的模型，并模拟隔热性能。Zuo等[60]利用有限元模型分析三维五向编织复合材料的压缩损伤失效行为，结果表明其损伤行为表现为轴向纱损伤、纱线与基体界面脱粘及基体断裂。石多奇等[61]采用计算机断层(CT)扫描技术测得三维编织陶瓷基复合材料孔隙率，并在其胞元模型中利用Monte-Carlo仿真技术加入气孔单元来模拟孔隙以观测孔隙率对其弹性常数的影响规律。Ravandi等[32]建立基质增强的针织纤维物复合材料的有限元代表性体积单元(RVE)模型用于研究拉伸行为与界面损伤机制。Yu等[62]建立不同纤维体积分数下的橡胶复合纤维的RVE模型以研究其抗压能力。Zhang等[63]建立短纤维增强的橡胶密封复合材料中纤维随机分布有限元模型用于预测其在疲劳试验下的损伤模式。

为了研究编织弹簧管性能与变形规律，需对其进行精准建模，国内外学者已对编织弹簧管从设计到系统建模都做了一定的研究[64-66]。Oswald等[67]建立了斜圈弹簧的有限元模型，并研究了其端部效应及摩擦规律。此外，他们通过构建最小弹簧单元进而构造单圈折线螺旋，从而通过织构排列优化得到弹簧管轨迹，最后通过扫掠制备S型编织管(图8)并研究了在其压缩变形中几何参数与最大应力和载荷间的关系。基于这项工作，王鹏等[68]建立编织弹簧管的有限元模型，用于研究编织参数对其高温回弹性能的影响。结果表明其回弹率与编织环的宽度和高度呈正相关，而与金属丝直径呈负相关。此外，他们还发现编织环半径与其回弹性的关系不大。巴全坤等[69]参考Pierce线圈模型对编织弹簧管进行建模，发现当接触摩擦因数为0.1时仿真结果与试验结果十分吻合。常健等[70]通过简化弹簧模型测试其回弹性，结果显示降低S型弹簧管的轴向编织密度和提高其圆周编织密度均可提高弹簧管回弹性，且向外编织的弹簧管回弹性比向内编织的回弹性高。

此外，国内外学者针对密封件性能从多场耦合角度出发进行研究[71]。Zheng等[72-73]提出了一种新的二维和三维力学-热-渗流耦合模型，用于研究纤维绳密封的工作过程，他们通过建立弹性模量、温度、渗透率和体积应变间的方程，采用单元微分法求解其耦合关系。白瑜光等[74]基于高斯-赛德尔分块迭代耦合方法提出了一种一体化耦合计算方法，并使用改进型VanDriest变换方法提出航天器高温热密封的瞬态多物理耦合分析方法以预测对高超声速流动环境。Yang等[75]为研究往复性密封件的泄漏行为提出了一种混合弹流润滑模型，发现泄漏量与密封表面粗糙度和速度呈正比，与流体黏度成反比。

由于多材复合高温基线密封件是一种集隔热芯材、金属编织弹簧管和纤维编织外套于一体的多孔复合结构材料，目前关于多材复合高温基线密封的数值模拟研究主要集中在整体性能或单一组件结构的研究上，各组件间的影响规律还不够明确，因此剖析各组件间的界面关系是一项需要突破的技术瓶颈。

4 性能分析

预测超高速飞行器在8.88马赫的飞行速度下其表面温度可高达1700℃。通过X-38飞行器的方向舵和尾翼进行建模并对其进行了二维流体动力学研究，发现高热流只发生在缝隙入口处[76]。因此，在超高速飞行器的应用中，对多材复合高温基线密封件在实际服役环境中的性能进行分析至关重要。Dunlap等[6,77]通过多项试验验证多材复合高温基线密封件在飞行器上的适用性，包括热压缩、热摩擦、密封泄漏以及电弧射流试验。

研究表明，多材复合高温基线密封件的回弹性能与压缩百分比呈正相关，与压缩循环次数以及温度均呈负相关。随着试验温度的升高金属编织弹簧管会发生不可恢复的变形失效，致使密封件截面变成椭圆形且整体弹性大幅下降。虽剩余弹性仍能满足单次飞行任务的密封要求，但不利于实现密封件的重复使用。此外，泄漏量随着压缩水平的增加和间隙尺寸的减小而减少。在X-38飞行器的舵/鳍部件采用双密封组件并对其进行泄漏量分析，发现双密封件的泄漏量均低于单密封件，且压缩量为0%的双密封组件的泄漏量是压缩量为20%的两倍。在室温环境下进行高温基线密封件进行擦洗实验以研究其在循环挤压过程中的磨损性能。结果显示密封件的外套可能出现纤维断裂和磨损，甚至出现外套被撕裂和金属弹簧编织管外露现象。然而当摩擦片粗糙度降低后密封件可承受1000次的循环擦洗试验。此外，通过电弧射流实验模拟典型流动边界条件发现高温基线密封件可限制缝隙入口处的热流进入，并显著降低温度和压力进入密封位置内部。王振峰等[78]通过电弧射流试验模拟折叠翼缝隙处环境以测试多材复合高温基线密封件的隔热能力，如图9所示。结果显示未采用多材复合高温基线密封件的试验工装在高温气流作用下迅速升温，出现脱粘、烧蚀和损坏等现象，而采用密封件的试验件表面保持完好且背面温度上升较小，且表面温度不超过100℃。

DeMange等[3]研究发现高温暴露试验会对高温基线密封件的性能和形状发生一定的影响。在1040℃下对密封件进行压缩试验，发现其截面呈椭圆形，无法恢复到初始的圆形截面。此外，与多材复合高温密封件暴露试验前对比，发现密封件的柔性变差。进一步的研究发现这种变化的原因在于高温环境下高温合金丝的屈服强度降低。此外，如图3可知，采用InconelX-750和Rene41高温合金丝编织的金属弹簧管在20次的循环压缩下其弹性恢复力均会变差，且会产生永久变形损伤。

综上所述，目前多材复合高温基线密封件虽能满足单次飞行器的使用需求。但当服役环境温度较高、压缩变形量和动态摩擦较大时，会发生永久性变形，并致使热气流进入飞行器内部，从而导致飞机失稳。因此，有必要研发耐超高温度的柔性隔热芯材和防热纤维编织外套材料，探索新型耐高温金属弹簧材料和结构及建立完善制备工艺以提升多材复合高温基线密封件在高温动载荷服役环境下的耐超高温及可重复使用性能。

总结与展望

本文针对多材复合高温基线密封件的结构复杂性和性能调控的不确定性等问题，分别从材料结构设计、制备工艺、理论模型、数值模拟以及性能分析等几个方面开展了系统的国内外研究报道综述和发展趋势展望，对其未来在航空热端动密封件的研究和工程应用具有一定的指导意义。研究进展和展望可归纳为以下几点：

(1)多材复合高温基线密封件是一种由金属与陶瓷纤维混杂复合材料，但其各组件间的内在联系尚不明确，因此探索其制备工艺-性能调控一体化技术和规范工艺流程对多材复合高温基线密封件的结构设计具有重大意义。未来可通过研制耐超高温度的柔性隔热芯材、发展高温合金材料和探索新型耐摩擦防热纤维编织材料，同时寻求耐超高温涂层和丰富新型结构角度入手以突破结构本身的耐高温极限及实现可重复使用性；

(2)在多材复合高温基线密封件的理论研究方面，混杂复合材料结构和复杂的服役环境使理论研究从单一组件/环境变量向混杂结构/多场耦合方向发展。探索混杂复合材料与服役环境的耦合关系将会是多材复合高温基线密件的主要研究方向；

(3)在数值模拟方面，建立各组件模型以及探索界面关系将会对多材复合高温基线密封件的整体性能表征和变形机制分析起着关键性作用。尤其是考虑精准化建模、各组件间勾连镶嵌作用及高温动载荷服役环境下其各组件间摩擦磨损行为，是今后重点突破的关键技术；

(4)在性能分析方面，目前多材复合高温基线密封件因具有良好的隔热及阻隔泄漏量能力而在高速飞行器的发动机、起落架、舵等方面得到了应用。然而，受限于目前材料回弹、耐高温、重复使用等性能，仍不足以满足能源化工、冶金工业、车辆工程、航空航天等行业的应用需求，因此，需要加大高温基线密封件新型材料的研发，拓展新型结构以及完善制备工艺的制定。