合理开发和利用海洋中蕴含的丰富自然资源以解决全球面临的人口、资源和环境问题,促使了海水液压传动技术的迅猛发展。相比于传统的油压系统,海水液压传动系统具有工作介质获取便捷、洁净、安全、与海洋环境兼容性好等优势,受到了越来越多的重视和应用。海水轴向柱塞泵是海水液压系统的核心动力元件,其中的滑靴副运行在黏度低、润滑性差、电导率和汽化压力高的海水环境中,极易因腐蚀、磨损而失效,严重制约了海水液压元件及系统的发展。因此,本文在优选摩擦副配对材料的基础上,将仿生非光滑表面效应引入海水轴向柱塞泵滑靴副中,采用理论分析、数值模拟及试验研究的方法,探索其润滑、减阻和耐磨机理,以提高其承载特性、摩擦磨损性能和寿命,对海水液压元件及系统的设计和应用具有重要的理论意义与实用价值。本文主要包含以下研究内容:(1)运用流体力学、润滑学及仿生学的理论和方法,根据海水轴向柱塞泵滑靴副的实际工况,推导密封间隙与泄漏流量之间的关系,计算滑靴副的最佳间隙,建立具有不同形状、大小和分布的仿生非光滑表面的液膜效应及动态润滑模型,为润滑膜承载特性的数值计算奠定理论基础。(2)运用计算流体力学中的有限体积方法,数值求解上述仿生非光滑表面滑靴副的液膜效应及动态润滑模型,通过与光滑表面滑靴副的速度分布、压力分布及承载特性进行对比分析,研究仿生非光滑表面的工况参数(膜厚、转速)、微单元体形状、大小(直径、深径比)和分布(面积率)等因素对润滑膜动态承载特性的影响规律,探寻仿生非光滑表面的润滑减阻机理。(3)基于理论分析和数值模拟结果,选用316L不锈钢与CF/PEEK作为配对材料,加工动态承载特性较好的仿生非光滑表面摩擦副若干对,在海水润滑条件下进行摩擦磨损试验,探寻仿生非光滑表面摩擦副的摩擦磨损机理,分析具有不同形状微单元体的仿生非光滑表面摩擦副在不同工况下的摩擦因数、试样温度、磨损率及磨损表面形貌等参数,探索其摩擦磨损性能。(4)基于数值模拟和前期摩擦磨损试验结果,对换上、下试样材料,修改上试样结构,提升转速,延长试验时间,以期使摩擦副的结构和工况更接近海水轴向柱塞泵滑靴副的实际情况,探索仿生非光滑单元体直径对其摩擦磨损特性的影响规律。(5)基于上述研究成果,以某型号轴向柱塞式水泵为原型,选用431不锈钢制备仿生非光滑表面斜盘,置换水泵中原有光滑表面斜盘,在纯水液压实验台上对试验泵的各项性能进行测试,同时对试验前后的斜盘表面形貌进行对比分析,探寻仿生非光滑表面滑靴副试验泵的容积效率和机械效率,验证数值模拟及摩擦磨损试验的正确性,为仿生非光滑表面滑靴副在海水轴向柱塞泵中的应用提供有价值的参考。