液膜密封因突出的工作性能（极低的泄漏率、良好的润滑性、稳定性、自我调节能力等）及较长的使用寿命在石油化工、航天航空、船舶汽车等行业拥有广阔发展前景,但受不断变化的工作环境及工况限制,目前仍存在高速稳定性差、介质易相变、低速开启特性不足、磨损严重等问题,为缓解现存问题,多种端面结构已被开发,但使用效果差强人意。鉴于此,本文基于仿生设计方法提出一种仿蝙蝠翼翅型液膜密封槽型结构,并利用试验研究与数值模拟相结合的方法对翼翅槽密封性能变化规律开展研究,主要工作及所得结论如下。首先,以蝙蝠翼翅为仿生模型构建了一种翼翅型密封端面结构,并借助空化可视试验装置对该密封进行现象观察及参数测量;然后,基于空化分析模型,定量讨论了相同工况下翼翅槽密封和螺旋槽密封性能差异及不同因素对密封性能的影响,并对槽型结构进行优化处理;其次,建立了翼翅槽密封摩擦副力、热变形数学模型,采用流固耦合算法探究了不同工况下摩擦副的变形情况;最后,基于翼翅槽密封轴向动力学模型及考虑时间项的膜压控制方程,分析了工况瞬时变化对密封性能及系统稳定性的影响。结果表明,翼翅槽密封空化出现在螺旋槽内径背风侧和圆弧槽收敛处,随压差增加和转速减小而减小。当操作参数转速、压差、膜厚和膜温相同时翼翅槽密封的稳态性能明显优于螺旋槽密封;密封环涡动速度和涡动方向对密封整体性能影响较大,当系统高速运行时应尽量避免涡动发生以防机件碰磨;优化目标不同,所得槽型结构参数的组合不同,在生产中应视具体要求进行相应选择。密封环最大力变形和最大热变形出现位置不同,热变形在总变形中占主导地位,变形量大小与摩擦副材料和操作条件密切相关,转速和压差越大变形越严重。当工况连续变化后翼翅槽密封瞬时性能整体表现为开启力、泄漏量和空化率先急增后平稳而摩擦扭矩则先骤减后稳定且开启力、泄漏量和摩擦扭矩比空化率更快达到稳定;当工况大幅突变后液膜震荡严重系统所受冲击较大,在实际运行中应尽量避免大幅调速调压以保证密封稳定运行。